Significance of DNA base excision repair in the maintenance of mitochondrial function in Saccharomyces cerevisiae /

Mitochondria have an important role in cell metabolism, being the major site of ATP production via oxidative phosphorylation (OXPHOS). Accumulation of mtDNA mutations have been linked to the development of respiratory dysfunction, apoptosis, and aging. Base excision repair (BER) is the major and the only certain repair pathway existing in mitochondria that is in responsible for removing and repairing various base modifications as well as abasic sites (AP sites). In this research, Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) BER gene knockout strains, including 3 single DNA glycosylase gene knockout strains and Ap endonuclease (Apn 1 p) knockout strain were used to examine the importance of this DNA repair pathway to the maintenance of respiratory function. Here, I show that individual DNA glycosylases are nonessential in maintenance of normal function in yeast mitochondria, corroborating with previous research in mammalian experimental models. The yeast strain lacking Apn 1 p activity exhibits respiratory deficits, including inefficient and significantly low intracellular ATP level, which maybe due to partial uncoupling of OXPHOS. Growth of this yeast strain on respiratory medium is inhibited, but no evidence was found for increased ROS level in Apn 1 p mitochondria. This strain also shows an increased cell size, and this observation combined with an uncoupled OXPHOS may indicate a premature aging in the Apnlp knockout strain, but more evidence is needed to support this hypothesis. However, the BER is necessary for maintenance of mitochondrial function in respiring S.cerevisiae.

Evaluating DNA damage response (DDR) activation in human prostate cancer

Introduction: Au Canada, le cancer de la prostate est le cancer le plus fréquemment diagnostiqué chez les hommes et le plus mortel après les cancers du poumon et du côlon. Il y a place à optimiser le traitement du cancer de la prostate de manière à mettre en œuvre une médecine personnalisée qui s’adapte aux caractéristiques de la maladie de chaque patient de façon individuelle. Dans ce mémoire, nous avons évalué la réponse aux dommages de l’ADN (RDA) comme biomarqueur potentiel du cancer de la prostate. Les lésions potentiellement oncogènes de l'ADN déclenche une cascade de signalisation favorisant la réparation de l'ADN et l’activation des points de contrôle du cycle cellulaire pour préserver l’intégrité du génome. La RDA est un mécanisme central de suppression tumorale chez l’homme. La RDA joue un rôle important dans l’arrêt de la prolifération des cellules dont les génomes sont compromis, et donc, prévient la progression du cancer en agissant comme une barrière. Cette réponse cellulaire détermine également comment les cellules normales et cancéreuses réagissent aux agents utilisés pour endommager l'ADN lors du traitement du cancer comme la radiothérapie ou la chimiothérapie, en plus la présence d,un certain niveau de RDA dans les cellules du cancer de la prostate peuvent également influer sur l'issue de ces traitements. L’activation des signaux de la RDA peut agir comme un frein au cancer dans plusieurs lésions pré-néoplasiques de l'homme, y compris le cancer de la prostate. Il a été démontré que la RDA est augmentée dans les cellules de néoplasie intra- épithéliale (PIN) comparativement aux cellules prostatiques normales. Toutefois, le devient de la RDA entre le PIN et l’adénocarcinome est encore mal documenté et aucune corrélation n'a été réalisée avec les données cliniques des patients. Notre hypothèse est que les niveaux d’activation de la RDA seront variables selon les différents grades et agressivité du cancer de la prostate. Ces niveaux pourront être corrélés et possiblement prédire les réponses cliniques aux traitements des patients et aider à définir une stratégie plus efficace et de nouveaux biomarqueurs pour prédire les résultats du traitement et personnaliser les traitements en conséquence. Nos objectifs sont de caractériser l'activation de la RDA dans le carcinome de la prostate et corréler ses données avec les résultats cliniques. Méthodes : Nous avons utilisé des micro-étalages de tissus (tissue microarrays- TMAs) de 300 patients ayant subi une prostatectomie radicale pour un cancer de la prostate et déterminé le niveau d’expression de protéines de RDA dans le compartiment stromal et épithélial des tissus normaux et cancéreux. Les niveaux d’expression de 53BP1, p-H2AX, p65 et p-CHK2 ont été quantifiés par immunofluorescence (IF) et par un logiciel automatisé. Ces marqueurs de RDA ont d’abord été validés sur des TMAs-cellule constitués de cellules de fibroblastes normales ou irradiées (pour induire une activation du RDA). Les données ont été quantifiées à l'aide de couches binaires couramment utilisées pour classer les pixels d'une image pour que l’analyse se fasse de manière indépendante permettant la détection de plusieurs régions morphologiques tels que le noyau, l'épithélium et le stroma. Des opérations arithmétiques ont ensuite été réalisées pour obtenir des valeurs correspondant à l'activation de la RDA qui ont ensuite été corrélées à la récidive biochimique et l'apparition de métastases osseuses. Résultats : De faibles niveaux d'expression de la protéine p65 dans le compartiment nucléaire épithélial du tissu normal de la prostate sont associés à un faible risque de récidive biochimique. Par ailleurs, nous avons aussi observé que de faibles niveaux d'expression de la protéine 53BP1 dans le compartiment nucléaire épithéliale du tissu prostatique normal et cancéreux ont été associés à une plus faible incidence de métastases osseuses. Conclusion: Ces résultats confirment que p65 a une valeur pronostique chez les patients présentant un adénocarcinome de la prostate. Ces résultats suggèrent également que le marqueur 53BP1 peut aussi avoir une valeur pronostique chez les patients avec le cancer de la prostate. La validation d'autres marqueurs de RDA pourront également être corrélés aux résultats cliniques. De plus, avec un suivi des patients plus long, il se peut que ces résultats se traduisent par une corrélation avec la survie. Les niveaux d'activité de la RDA pourront éventuellement être utilisés en clinique dans le cadre du profil du patient comme le sont actuellement l’antigène prostatique spécifique (APS) ou le Gleason afin de personnaliser le traitement.

Histone H2B-R95A mutant identifies the pheromone pathway that signals cell cycle arrest during rapamycin response

La rapamycine est un immunosuppresseur utilisé pour traiter plusieurs types de maladies dont le cancer du rein. Son fonctionnement par l’inhibition de la voie de Tor mène à des changements dans des processus physiologiques, incluant le cycle cellulaire. Chez Saccharomyces cerevisiae, la rapamycine conduit à une altération rapide et globale de l’expression génique, déclenchant un remodelage de la chromatine. Nous proposons que les modifications des histones peuvent jouer un rôle crucial dans le remodelage de la chromatine en réponse à la rapamycine. Notre objectif principal est d’identifier d’une banque de mutants d’histone les variantes qui vont échouer à répondre à la rapamycine dans une tentative de réaliser une caractérisation des modifications d’histone critiques pour la réponse à cette drogue. Ainsi, nous avons réalisé un criblage d’une banque de mutants d’histone et identifié plusieurs mutants d‘histone dont la résistance à la rapamycine a été altérée. Nous avons caractérisé une de ces variantes d’histone, à savoir H2B, qui porte une substitution de l’alanine en arginine en position 95 (H2B-R95A) et démontré que ce mutant est extrêmement résistant à la rapamycine, et non à d’autres drogues. Des immunoprécipitations ont démontré que H2B-R95A est défectueux pour former un complexe avec Spt16, un facteur essentiel pour la dissociation de H2A et H2B de la chromatine, permetant la réplication et la transcription par les ADN et ARN polymérases, respectivement. Des expériences de ChIP-Chip et de micropuce ont démontré que l’arginine 95 de H2B est requise pour recruter Spt16 afin de permettre l’expression d’une multitude de gènes, dont certains font partie de la voie des phéromones. Des évidences seront présentées pour la première fois démontrant que la rapamycine peut activer la voie des phéromones et qu’une défectuosité dans cette voie cause la résistante à cette drogue.

Homéostasie des histones en réponse au dommage à l’ADN et étude d’inhibiteurs de désacétylases d’importance clinique

La chromatine possède une plasticité complexe et essentielle pour répondre à différents mécanismes cellulaires fondamentaux tels la réplication, la transcription et la réparation de l’ADN. Les histones sont les constituants essentiels de la formation des nucléosomes qui assurent le bon fonctionnement cellulaire d’où l’intérêt de cette thèse d’y porter une attention particulière. Un dysfonctionnement de la chromatine est souvent associé à l’émergence du cancer. Le chapitre II de cette thèse focalise sur la répression transcriptionnelle des gènes d’histones par le complexe HIR (HIstone gene Repressor) en réponse au dommage à l'ADN chez Saccharomyces cerevisiae. Lors de dommage à l’ADN en début de phase S, les kinases du point de contrôle Mec1, Tel1 et Rad53 s’assurent de bloquer les origines tardives de réplication pour limiter le nombre de collisions potentiellement mutagéniques ou cytotoxiques entre les ADN polymérases et les lésions persistantes dans l'ADN. Lorsque la synthèse totale d’ADN est soudainement ralentie par le point de contrôle, l’accumulation d'un excès d'histones nouvellement synthétisées est néfaste pour les cellules car les histones libres se lient de manière non-spécifique aux acides nucléiques. L'un des mécanismes mis en place afin de minimiser la quantité d’histones libres consiste à réprimer la transcription des gènes d'histones lors d'une chute rapide de la synthèse d'ADN, mais les bases moléculaires de ce mécanisme étaient très mal connues. Notre étude sur la répression des gènes d’histones en réponse aux agents génotoxiques nous a permis d’identifier que les kinases du point de contrôle jouent un rôle dans la répression des gènes d’histones. Avant le début de mon projet, il était déjà connu que le complexe HIR est requis pour la répression des gènes d’histones en phase G1, G2/M et lors de dommage à l’ADN en phase S. Par contre, la régulation du complexe HIR en réponse au dommage à l'ADN n'était pas connue. Nous avons démontré par des essais de spectrométrie de masse (SM) que Rad53 régule le complexe HIR en phosphorylant directement une de ses sous-unités, Hpc2, à de multiples résidus in vivo et in vitro. La phosphorylation d’Hpc2 est essentielle pour le recrutement aux promoteurs de gènes d’histones du complexe RSC (Remodels the Structure of Chromatin) dont la présence sur les promoteurs des gènes d'histones corrèle avec leur répression. De plus, nous avons mis à jour un nouveau mécanisme de régulation du complexe HIR durant la progression normale à travers le cycle cellulaire ainsi qu'en réponse aux agents génotoxiques. En effet, durant le cycle cellulaire normal, la protéine Hpc2 est très instable durant la transition G1/S afin de permettre la transcription des gènes d’histones et la production d'un pool d'histones néo-synthétisées juste avant l'initiation de la réplication de l’ADN. Toutefois, Hpc2 n'est instable que pour une brève période de temps durant la phase S. Ces résultats suggèrent qu'Hpc2 est une protéine clef pour la régulation de l'activité du complexe HIR et la répression des gènes d’histones lors du cycle cellulaire normal ainsi qu'en réponse au dommage à l’ADN. Dans le but de poursuivre notre étude sur la régulation des histones, le chapitre III de ma thèse concerne l’analyse globale de l’acétylation des histones induite par les inhibiteurs d’histone désacétylases (HDACi) dans les cellules normales et cancéreuses. Les histones désacétylases (HDACs) sont les enzymes qui enlèvent l’acétylation sur les lysines des histones. Dans plusieurs types de cancers, les HDACs contribuent à l’oncogenèse par leur fusion aberrante avec des complexes protéiques oncogéniques. Les perturbations causées mènent souvent à un état silencieux anormal des suppresseurs de tumeurs. Les HDACs sont donc une cible de choix dans le traitement des cancers engendrés par ces protéines de fusion. Notre étude de l’effet sur l’acétylation des histones de deux inhibiteurs d'HDACs de relevance clinique, le vorinostat (SAHA) et l’entinostat (MS-275), a permis de démontrer une augmentation élevée de l’acétylation globale des histones H3 et H4, contrairement à H2A et H2B, et ce, autant chez les cellules normales que cancéreuses. Notre quantification en SM de l'acétylation des histones a révélé de façon inattendue que la stœchiométrie d'acétylation sur la lysine 56 de l’histone H3 (H3K56Ac) est de seulement 0,03% et, de manière surprenante, cette stœchiométrie n'augmente pas dans des cellules traitées avec différents HDACi. Plusieurs études de H3K56Ac chez l’humain présentes dans la littérature ont rapporté des résultats irréconciliables. Qui plus est, H3K56Ac était considéré comme un biomarqueur potentiel dans le diagnostic et pronostic de plusieurs types de cancers. C’est pourquoi nous avons porté notre attention sur la spécificité des anticorps utilisés et avons déterminé qu’une grande majorité d’anticorps utilisés dans la littérature reconnaissent d’autres sites d'acétylation de l’histone H3, notamment H3K9Ac dont la stœchiométrie d'acétylation in vivo est beaucoup plus élevée que celle d'H3K56Ac. De plus, le chapitre IV fait suite à notre étude sur l’acétylation des histones et consiste en un rapport spécial de recherche décrivant la fonction de H3K56Ac chez la levure et l’homme et comporte également une évaluation d’un anticorps supposément spécifique d'H3K56Ac en tant qu'outil diagnostic du cancer chez l’humain.

Étude de l’effet de la metformine sur la survie cellulaire et sur la réparation de l’ADN chez la levure

Jusqu’à présent, la metformine a principalement été employée comme médicament contrôlant l’hyperglycémie des personnes atteintes de diabète de type II. Des études épidémiologiques ont démontré que les personnes, prenant de la metformine, développent moins de cancers. Par exemple, la prise de metformine réduit respectivement de 78% et de 46% les chances de développer un cancer hépatique ou pancréatique. Récemment, il a été montré que la metformine permet de réduire le développement de tumeur au niveau de la peau, suite à l’exposition à des rayons UVB. Dans cette étude, j’ai démontré que la présence de metformine permet une meilleure survie de la levure Saccharomyces cerevisiae suite à l’exposition à des rayons UVC ou UVA. De plus, j’ai démontré que la présence de metformine augmente le recrutement de l’histone Htz1 à la chromatine. Pour une souche htz1Δ, le niveau de survie suite à l’exposition aux rayons UVA est considérablement diminué. Htz1 permet le recrutement de Rad14 au site de dommages à l’ADN faits par les rayons UV. Htz1 est donc important pour la détection de ces sites. Enfin, le recrutement nucléaire de Rad14 en présence de metformine a considérablement augmenté. En absence de Rad14, le niveau de survie suite à l’exposition aux rayons UVA diminue significativement. Donc, Htz1 et Rad14 sont deux protéines clés dans la protection contre les rayons UV apportés par la metformine. En conclusion, avec les différents résultats de cette étude, il est possible de dire que la metformine permet une forme de protection contre les rayons UVC et UVA.

Sustained activation of p53 in confluent nucleotide excision repair-deficient cells resistant to ultraviolet-induced apoptosis

p53 activation is one of the main signals after DNA damage, controlling cell cycle arrest, DNA repair and apoptosis. We have previously shown that confluent nucleotide excision repair (NER)-deficient cells are more resistant to apoptosis induced by ultraviolet irradiation (UV). Here, we further investigated the effect of cell confluence on UV-induced apoptosis in normal and NER-deficient (XP-A and XP-C) cells, as well as the effects of treatments with the ATWATR inhibitor caffeine, and the patterns of p53 activation. Strong p53 activation was observed in either proliferating or confluent cells. Caffeine increased apoptosis levels and inhibited p53 activation in proliferating cells, suggesting a protective role for p53. However, in confluent NER-deficient cells no effect of caffeine was observed. Transcription recovery measurements showed decreased recovery in proliferating XPA-deficient cells, but no recovery was observed in confluent cells. The levels of the cyclin/Cdk inhibitor, p21(Waf1/Cip1), correlated well with p53 activation in proliferating cells. Surprisingly, confluent cells also showed similar activation of p21(Waf1/Cip1). These results indicate that reduced apoptosis in confluent cells is associated with the deficiency in DNA damage removal, since this effect is not clearly observed in NER-proficient cells. Moreover, the strong activation of p53 in confluent cells, which barely respond to apoptosis, suggests that this protein, under these conditions, is not linked to UV-induced cell death signaling. (c) 2008 Elsevier B.V. All rights reserved.

Static electric fields interfere in the viability of cells exposed to ionising radiation

Purpose: The interference of electric fields (EF) with biological processes is an issue of considerable interest. No studies have as yet been reported on the combined effect of EF plus ionising radiation. Here we report studies on this combined effect using the prokaryote Microcystis panniformis, the eukaryote Candida albicans and human cells. Materials and methods: Cultures of Microcystis panniformis (Cyanobacteria) in glass tubes were irradiated with doses in the interval 0.5-5kGy, using a 60Co gamma source facility. Samples irradiated with 3kGy were exposed for 2h to a 20Vcm-1 static electric field and viable cells were enumerated. Cultures of Candida albicans were incubated at 36C for 20h, gamma-irradiated with doses from 1-4kGy, and submitted to an electric field of 180Vcm-1. Samples were examined under a fluorescence microscope and the number of unviable (red) and viable (apple green fluorescence) cells was determined. For crossing-check purposes, MRC5 strain of lung cells were irradiated with 2 Gy, exposed to an electric field of 1250 V/cm, incubated overnight with the anti-body anti-phospho-histone H2AX and examined under a fluorescence microscope to quantify nuclei with -H2AX foci. Results: In cells exposed to EF, death increased substantially compared to irradiation alone. In C. albicans we observed suppression of the DNA repair shoulder. The effect of EF in growth of M. panniformis was substantial; the number of surviving cells on day-2 after irradiation was 12 times greater than when an EF was applied. By the action of a static electric field on the irradiated MRC5 cells the number of nuclei with -H2AX foci increased 40%, approximately. Conclusions: Application of an EF following irradiation greatly increases cell death. The observation that the DNA repair shoulder in the survival curve of C. albicans is suppressed when cells are exposed to irradiation+EF suggests that EF likely inactivate cellular recovering processes. The result for the number of nuclei with -H2AX foci in MRC5 cells indicates that an EF interferes mostly in the DNA repair mechanisms. A molecular ad-hoc model is proposed.

The mitochondrial transcription factor A functions in mitochondrial base excision repair

Mitochondrial transcription factor A (TFAM) is an essential component of mitochondrial nucleoids TFAM plays an important role in mitochondrial transcription and replication TFAM has been previously reported to inhibit nucleotide excision repair (NER) in vitro but NER has not yet been detected in mitochondria, whereas base excision repair (BER) has been comprehensively characterized in these organelles The BER proteins are associated with the inner membrane in mitochondria and thus with the mitochondrial nucleoid, where TFAM is also situated However, a function for TFAM in BER has not yet been investigated This study examines the role of TFAM in BER In vitro studies with purified recombinant TFAM indicate that it preferentially binds to DNA containing 8-oxoguanines, but not to abasic sites, uracils, or a gap in the sequence TFAM inhibited the in vitro incision activity of 8-oxoguanine DNA glycosylase (OGG1), uracil-DNA glycosylase (UDG), apurinic endonuclease 1 (APE1), and nucleotide incorporation by DNA polymerase gamma (pol gamma) On the other hand, a DNA binding-defective TFAM mutant, L58A, showed less inhibition of BER in vitro Characterization of TFAM knockdown (KD) cells revealed that these lysates had higher 8oxoG incision activity without changes in alpha OGG1 protein levels TFAM KD cells had mild resistance to menadione and increased damage accumulation in the mtDNA when compared to the control cells In addition, we found that the tumor suppressor p53, which has been shown to interact with and alter the DNA binding activity of TFAM, alleviates TFAM-Induced inhibition of BER proteins Together, the results suggest that TFAM modulates BER in mitochondria by virtue of its DNA binding activity and protein interactions Published by Elsevier B V

Static electric fields interfere in the viability of cells exposed to ionising radiation

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Both XPA and DNA polymerase eta are necessary for the repair of doxorubicin-induced DNA lesions

Doxorubicin (DOX) is an important tumor chemotherapeutic agent, acting mainly by genotoxic action. This work focus on cell processes that help cell survival, after DOX-induced DNA damage. In fact, cells deficient for XPA or DNA polymerase eta (pol eta, XPV) proteins (involved in distinct DNA repair pathways) are highly DOX-sensitive. Moreover, LY294002, an inhibitor of PIKK kinases, showed a synergistic killing effect in cells deficient in these proteins, with a strong induction of G2/M cell cycle arrest. Taken together, these results indicate that XPA and pol eta proteins participate in cell resistance to DOX-treatment, and kinase inhibitors can selectively enhance its killing effects, probably reducing the cell ability to recover from breaks induced in DNA. (C) 2011 Elsevier Ireland Ltd. All rights reserved.

DNA damage profiles induced by sunlight at different latitudes

Despite growing knowledge on the biological effects of ultraviolet (UV) radiation on human health and ecosystems, it is still difficult to predict the negative impacts of the increasing incidence of solar UV radiation in a scenario of global warming and climate changes. Hence, the development and application of DNA-based biological sensors to monitor the solar UV radiation under different environmental conditions is of increasing importance. With a mind to rendering a molecular view-point of the genotoxic impact of sunlight, field experiments were undertaken with a DNA-dosimeter system in parallel with physical photometry of solar UVB/UVA radiation, at various latitudes in South America. Onapplying biochemical and immunological approaches based on specific DNA-repair enzymes and antibodies, for evaluating sunlight-induced DNA damage profiles, it became clear that the genotoxic potential of sunlight does indeed vary according to latitude. Notwithstanding, while induction of oxidized DNA bases is directly dependent on an increase in latitude, the generation of 6-4PPs is inversely so, whereby the latter can be regarded as a biomolecular marker of UVB incidence. This molecular DNA lesion-pattern largely reflects the relative incidence of UVA and UVB energy at any specific latitude. Hereby is demonstrated the applicability of this DNA-based biosensor for additional, continuous field experiments, as a means of registering variations in the genotoxic impact of solar UV radiation. Environ. Mol. Mutagen. 2012. (c) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Novel properties of melanins include promotion of DNA strand breaks, impairment of repair, and reduced ability to damage DNA after quenching of singlet oxygen

Melanins have been associated with the development of melanoma and its resistance to photodynamic therapy (PDT). Singlet molecular oxygen (102), which is produced by ultraviolet A solar radiation and the PDT system, is also involved. Here, we investigated the effects that these factors have on DNA damage and repair. Our results show that both types of melanin (eumelanin and pheomelanin) lead to DNA breakage in the absence of light irradiation and that eumelanin is more harmful than pheomelanin. Interestingly, melanins were found to bind to the minor grooves of DNA, guaranteeing close proximity to DNA and potentially causing the observed high levels of strand breaks. We also show that the interaction of melanins with DNA can impair the access of repair enzymes to lesions, contributing to the perpetuation of DNA damage. Moreover, we found that after melanins interact with 102, they exhibit a lower ability to induce DNA breakage; we propose that these effects are due to modifications of their structure. Together, our data highlight the different modes of action of the two types of melanin. Our results may have profound implications for cellular redox homeostasis, under conditions of induced melanin synthesis and irradiation with solar light. These results may also be applied to the development of protocols to sensitize melanoma cells to PDT. (c) 2012 Elsevier Inc. All rights reserved.

Chromatin Remodeling by BRG1 and SNF2H : Biochemistry and Function

Chromatin is a highly dynamic, regulatory component in the process of transcription, repair, recombination and replication. The BRG1 and SNF2H proteins are ATP-dependent chromatin remodeling proteins that modulate chromatin structure to regulate DNA accessibility for DNA-binding proteins involved in these processes. The BRG1 protein is a central ATPase of the SWI/SNF complexes involved in chromatin remodeling associated with regulation of transcription. SWI/SNF complexes are biochemically hetero-geneous but little is known about the unique functional characteristics of the various forms. We have shown that SWI/SNF activity in SW13 cells affects actin filament organization dependent on the RhoA signaling pathway. We have further shown that the biochemical composition of SWI/SNF complexes qualitatively affects the remodeling activity and that the composition of biochemically purified SWI/SNF complexes does not reflect the patterns of chromatin binding of individual subunits. Chromatin binding assays (ChIP) reveal variations among subunits believed to be constitutive, suggesting that the plasticity in SWI/SNF complex composition is greater than suspected. We have also discovered an interaction between BRG1 and the splicing factor Prp8, linking SWI/SNF activity to mRNA processing. We propose a model whereby parts of the biochemical heterogeneity is a result of function and that the local chromatin environment to which the complex is recruited affect SWI/SNF composition. We have also isolated the novel B-WICH complex that contains WSTF, SNF2H, the splicing factor SAP155, the RNA helicase II/Guα, the transcription factor Myb-binding protein 1a, the transcription factor/DNA repair protein CSB and the RNA processing factor DEK. The formation of this complex is dependent on active transcription and links chromatin remodeling by SNF2H to RNA processing. By linking chromatin remodeling complexes with RNA processing proteins our work has begun to build a bridge between chromatin and RNA, suggesting that factors in chromatin associated assemblies translocate onto the growing nascent RNA.

The constitutive activation of the DNA damage response pathway is a novel therapeutic target in aggressive B-cell lymphoma

The recent finding that MYC-driven cancers are sensitive to inhibition of the DNA damage response (DDR) pathway, prompted us to investigate the role of DDR pathway as therapeutic target in diffuse large B-cell lymphoma (DLBCL), which frequently overexpresses the MYC oncogene. In a preliminary immunohistochemical study conducted on 99 consecutive DLBCL patients, we found that about half of DLBCLs showed constitutive expression of the phosphorylated forms of checkpoint kinases (CHK) and CDC25c, markers of DDR activation, and of phosphorylated histone H2AX (γH2AX), marker of DNA damage and genomic instability. Constitutive γH2AX expression correlated with c-MYC levels and DDR activation, and defined a subset of tumors characterised by poor outcome. Next, we used the CHK inhibitor PF-0477736 as a tool to investigate whether the inhibition of the DDR pathway might represent a novel therapeutic approach in DLBCL. Submicromolar concentrations of PF-0477736 hindered proliferation in DLBCL cell lines with activated DDR pathway. These results were fully recapitulated with a different CHK inhibitor (AZD-7762). Inhibition of checkpoint kinases induced rapid DNA damage accumulation and apoptosis in DLBCL cell lines and primary cells. These data suggest that pharmacologic inhibition of DDR through targeting of CHK kinases may represent a novel therapeutic strategy in DLBCL. The second part of this work is the clinical, molecular and functional description of a paradigmatic case of primary refractory Burkitt lymphoma characterized by spatial intratumor heterogeneity for the TP53 mutational status, high expression levels of genomic instability and DDR activation markers, primary resistance to chemotherapy and exquisite sensitivity to DDR inhibitors.

Mechanismen der Resistenz und Sensitivierung von menschlichen malignen Melanomzellen gegenüber DNA-alkylierenden Zytostatika

Das metastasierende maligne Melanom ist durch eine geringe p53-Mutations-Rate und eine hohe Resistenz gegenüber Chemotherapie mit alkylierenden Agenzien wie Fotemustin (FM) und Temozolomid (TMZ) gekennzeichnet. In der vorliegenden Arbeit wurde die Rolle von p53 in der Resistenz von malignen Melanomzellen gegenüber FM untersucht und Möglichkeiten zur Sensitivierung von Melanomzellen gegenüber TMZ und FM aufgezeigt.rnAusgangspunkt war die Beobachtung, dass p53 Wildtyp (p53wt) Melanomzellen resistenter gegenüber FM sind als p53 mutierte (p53mt) Zellen. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass eine FM-Behandlung in p53wt Zellen eine Stabilisierung von p53 und eine Induktion des p53-Zielproteins p21 bewirkte. Mithilfe einer p53wt Zelllinie, welche einen p53 Knockdown trägt, konnte gezeigt werden, dass p53 für die geringe Apoptose-Rate nach FM-Behandlung verantwortlich ist. Eine Untersuchung der Interstrang-Crosslink (ICL)-Reparaturkapazität zeigte, dass p53mt Zellen im Gegensatz zu p53wt Zellen nicht in der Lage sind, FM-induzierte ICL zu reparieren. Dies ging mit einer im Vergleich zu p53wt Zellen starken DNA-Schadensantwort einher. Die Gene für die Proteine DDB2 und XPC wurden als durch FM regulierte DNA-Reparatur-Gene identifiziert, deren Induktion p53-abhängig und lang anhaltend (bis zu 144 h) erfolgt. Da XPC Knockdown-Zellen sensitiver als ihre Kontrollzellen gegenüber FM reagierten, konnte die biologische Relevanz von XPC bei der ICL-Reparatur bestätigt werden. Anhand von Xenograft-Tumoren wurde gezeigt, dass FM auch in situ eine Induktion von DDB2 und XPC auslöst. Die Beobachtung, dass DNA-Reparatur-Gene nach FM-Behandlung hochreguliert werden, liefert eine Erklärung für das schlechte Ansprechen von Melanomen auf eine Therapie mit ICL-induzierenden Chemotherapeutika.rnDes Weiteren befasste sich die vorliegende Arbeit mit Möglichkeiten zur Sensitivierung von Melanomzellen gegenüber den Chemotherapeutika TMZ und FM. In diesem Zusammenhang wurde Valproinsäure (VPA), ein in der Epilepsie-Therapie verwendetes Medikament und Histondesacetylase (HDAC)-Hemmer, bezüglich der chemosensitivierenden Wirkung untersucht. Zunächst konnte der in der Literatur häufig beschriebene stabilisierende Effekt von VPA auf „wildtypisches“ p53-Protein und destabilisierende Effekt auf mutiertes p53-Protein bestätigt werden. Zwei der vier untersuchten Zelllinien konnten mithilfe von VPA gegenüber TMZ sensitiviert werden, während nur eine der vier untersuchten Zelllinien gegenüber FM sensitiviert werden konnte. VPA begünstigt die Induktion von Apoptose, während der Effekt auf die Induktion von Nekrose nur gering ausfiel. Eine Wirkung von VPA auf die Aktivität des Resistenz-vermittelnden Enzyms O6-Methylguanin-DNA-Methyltransferase (MGMT) wurde nicht beobachtet. Zudem wurde ausgeschlossen, dass die Sensitivierung gegenüber TMZ und FM, welche S-Phase abhängige Gentoxine sind, auf einer VPA-induzierten Erhöhung der Proliferation beruht. Mithilfe einer Zelllinie, welche stabil dominant-negatives FADD (Fas-associated death domain) exprimiert, konnten keine Hinweise auf eine Beteiligung des extrinsischen Apoptose-Signalwegs an der VPA-vermittelten Sensitivierung gewonnen werden. Gleichzeitig wurde gezeigt, dass VPA keine Induktion der niedrig exprimierten Procaspase-8 verursachte. Mithilfe eines PCR-Arrays wurden transaktivierende und –reprimierende Effekte von VPA auf die Genexpression gezeigt, wobei das proapoptotische Protein BAX (Breakpoint cluster-2-associated x protein) als ein in der Sensitivierung involviertes Kandidatengen identifiziert wurde. Obwohl eine vollständige Aufklärung der dem Sensitivierungseffekt von VPA zu Grunde liegenden Mechanismen nicht erbracht werden konnte, zeigen die in dieser Arbeit erlangten Beobachtungen einen vielversprechenden Weg zur Überwindung der Resistenz von Melanomzellen gegenüber DNA-alkylierenden Zytostatika auf.rn