BRCA1, FANCD2 and Chk1 are potential molecular targets for the modulation of a radiation-induced DNA damage response in bystander cells

Radiotherapy is an important treatment option for many human cancers. Current research is investigating the use of molecular targeted drugs in order to improve responses to radiotherapy in various cancers. The cellular response to irradiation is driven by both direct DNA damage in the targeted cell and intercellular signalling leading to a broad range of bystander effects. This study aims to elucidate radiation-induced DNA damage response signalling in bystander cells and to identify potential molecular targets to modulate the radiation induced bystander response in a therapeutic setting. Stalled replication forks in T98G bystander cells were visualised via bromodeoxyuridine (BrdU) nuclear foci detection at sites of single stranded DNA. γH2AX co-localised with these BrdU foci. BRCA1 and FANCD2 foci formed in T98G bystander cells. Using ATR mutant F02-98 hTERT and ATM deficient GM05849 fibroblasts it could be shown that ATR but not ATM was required for the recruitment of FANCD2 to sites of replication associated DNA damage in bystander cells whereas BRCA1 bystander foci were ATM-dependent. Phospho-Chk1 foci formation was observed in T98G bystander cells. Clonogenic survival assays showed moderate radiosensitisation of directly irradiated cells by the Chk1 inhibitor UCN-01 but increased radioresistance of bystander cells. This study identifies BRCA1, FANCD2 and Chk1 as potential targets for the modulation of radiation response in bystander cells. It adds to our understanding of the key molecular events propagating out-of-field effects of radiation and provides a rationale for the development of novel molecular targeted drugs for radiotherapy optimisation.

Global methylation state at base-pair resolution of the Caulobacter genome throughout the cell cycle.

The Caulobacter DNA methyltransferase CcrM is one of five master cell-cycle regulators. CcrM is transiently present near the end of DNA replication when it rapidly methylates the adenine in hemimethylated GANTC sequences. The timing of transcription of two master regulator genes and two cell division genes is controlled by the methylation state of GANTC sites in their promoters. To explore the global extent of this regulatory mechanism, we determined the methylation state of the entire chromosome at every base pair at five time points in the cell cycle using single-molecule, real-time sequencing. The methylation state of 4,515 GANTC sites, preferentially positioned in intergenic regions, changed progressively from full to hemimethylation as the replication forks advanced. However, 27 GANTC sites remained unmethylated throughout the cell cycle, suggesting that these protected sites could participate in epigenetic regulatory functions. An analysis of the time of activation of every cell-cycle regulatory transcription start site, coupled to both the position of a GANTC site in their promoter regions and the time in the cell cycle when the GANTC site transitions from full to hemimethylation, allowed the identification of 59 genes as candidates for epigenetic regulation. In addition, we identified two previously unidentified N(6)-methyladenine motifs and showed that they maintained a constant methylation state throughout the cell cycle. The cognate methyltransferase was identified for one of these motifs as well as for one of two 5-methylcytosine motifs.

Rôle des topoisomérases de type IA dans la ségrégation des chromosomes chez Escherichia coli

Les topoisomérases I (topA) et III (topB) sont les deux topoisomérases (topos) de type IA d’Escherichia coli. La fonction principale de la topo I est la relaxation de l’excès de surenroulement négatif, tandis que peu d’information est disponible sur le rôle de la topo III. Les cellules pour lesquelles les deux topoisomérases de type IA sont manquantes souffrent d’une croissance difficile ainsi que de défauts de ségrégation sévères. Nous démontrons que ces problèmes sont majoritairement attribuables à des mutations dans la gyrase qui empêchent l’accumulation d’excès de surenroulement négatif chez les mutants sans topA. L’augmentation de l’activité de la gyrase réalisée par le remplacement de l’allèle gyrB(Ts) par le gène de type sauvage ou par l’exposition des souches gyrB(Ts) à une température permissive, permet la correction significative de la croissance et de la ségrégation des cellules topos de type IA. Nous démontrons également que les mutants topB sont hypersensibles à l’inhibition de la gyrase par la novobiocine. La réplication non-régulée en l’absence de topA et de rnhA (RNase HI) augmente la nécessité de l’activité de la topoisomérase III. De plus, en l’absence de topA et de rnhA, la surproduction de la topoisomérase III permet de réduire la dégradation importante d’ADN qui est observée en l’absence de recA (RecA). Nous proposons un rôle pour la topoisomérase III dans la ségrégation des chromosomes lorsque l’activité de la gyrase n’est pas optimale, par la réduction des collisions fourches de réplication s’observant particulièrement en l’absence de la topo I et de la RNase HI.

Study of histone H3 lysine 56 deacetylation in saccharomyces cerevisiae

Chez la levure Saccharomyces cerevisiae, l'acétylation de l'histone H3 sur la lysine 56 (H3K56ac) est présente sur les histones néo-synthétisées déposées derrière les fourches de réplication et est essentielle pour préserver la viabilité cellulaire en réponse au dommage à l'ADN. La désacétylation d'H3K56 sur l'ensemble du génome catalysée par Hst3 et Hst4 et a lieu en phase G2 ou M. H3K56ac est une lame à double tranchant. L'absence d'H3K56ac rend les cellules sensibles aux dommages à l'ADN. En revanche, un excès d'acétylation d'H3K56 dans un mutant hst3Δ hst4Δ a des conséquences encore plus sévères tels que la thermo-sensibilité, l'hypersensibilité aux agents génotoxiques, l'instabilité génomique ainsi qu'une courte durée de vie réplicative. Les désacétylases Hst3 et Hst4 sont étroitement régulées au cours du cycle cellulaire afin de permettre à l'H3K56ac d'exercer son rôle en réponse aux dommages à l'ADN tout en évitant les conséquences néfastes de l'hyperacétylation d'H3K56. Dans cette thèse, nous avons identifié la machinerie moléculaire responsable de la dégradation de Hst3. De plus, nous avons exploré les raisons pour lesquelles l'absence de désacétylation donne lieu aux phénotypes du mutant hst3Δ hst4Δ. Au chapitre 2, nous démontrons que la dégradation d'Hst3 peut être complétée avant l'anaphase. Ceci suggère que la désacétylation de H3K56 a lieu durant une courte fenêtre du cycle cellulaire se situant entre la complétion de la phase S et la métaphase. De plus, nous avons identifié deux sites de phosphorylation d'Hst3 par la kinase cycline-dépendante 1 (Cdk1) et démontré que ces évènements de phosphorylation conduisent à la dégradation d'Hst3 in vivo. Nous avons aussi démontré que l'ubiquityltransférase Cdc34 et l'ubiquitine ligase SCFCdc4 sont requises pour la dégradation d'Hst3. Finalement, nous avons montré que la phosphorylation d'Hst3 par la kinase mitotique Clb2-Cdk1 peut directement entraîner l'ubiquitylation d'Hst3 par SCFCdc4 in vitro. Au chapitre 3, nous avons étudié les mécanismes moléculaires sous-jacents à la sensibilité extrême du mutant hst3Δ hst4Δ aux agents qui endommagent l'ADN. Nous avons établi qu'en raison de la présence anormale d'H3K56ac devant les fourches de réplication, le mutant hst3Δ hst4Δ exhibe une forte perte de viabilité lorsqu'exposé au méthyl méthanesulfonate (MMS) durant un seul passage à travers la phase S. Nous avons aussi découvert que, malgré le fait que le point de contrôle de réponse aux dommages à l'ADN est activé normalement dans le mutant hst3Δ hst4Δ, ce mutant est incapable de compléter la réplication de l'ADN et d'inactiver le point de contrôle pour une longue période de temps après exposition transitoire au MMS. L'ensemble de nos résultats suggère que les lésions à l'ADN induites par le MMS dans le mutant hst3Δ hst4Δ causent une forte perte de viabilité parce que ce mutant est incapable de compléter la réplication de l'ADN après une exposition transitoire au MMS. Dans la deuxième section du chapitre 3, nous avons employé une approche génétique afin d'identifier de nouveaux mécanismes de suppression de deux phénotypes prononcés du mutant hst3Δ hst4Δ. Nous avons découvert que la délétion de plusieurs gènes impliqués dans la formation de frontières entre l'hétérochromatine et de l'euchromatine atténue les phénotypes du mutant hst3Δ hst4Δ sans réduire l'hyperacétylation d'H3K56. Nos résultats indiquent aussi que l'abondante acétylation de l'histone H4 sur la lysine 16 (H4K16ac) est néfaste au mutant hst3Δ hst4Δ. Ce résultat suggère un lien génétique intriguant entre l'acétylation d'H3K56 et celle d'H4K16. L'existence de ce lien était jusqu'à présent inconnu. Nous avons identifié un groupe de suppresseurs spontanés où H3K56ac est indétectable, mais la majorité de nos suppresseurs ne montrent aucune réduction flagrante d'H3K56ac ou d'H4 K16ac par rapport aux niveaux observés dans le mutant hst3Δ hst4Δ. Une étude plus approfondie de ce groupe de suppresseurs est susceptible de mener à la découverte de nouveaux mécanismes génétiques ou épigénétiques permettant d'éviter les conséquences catastrophiques de l'hyperacétylation d'H3K56 chez le mutant hst3Δ hst4Δ. En résumé, cette thèse identifie la machinerie moléculaire responsable de la dégradation d'Hst3 (une désacétylase d'H3K56) durant une fenêtre de temps situées entre la fin de la phase S et la métaphase. Nos résultats permettent aussi d'expliquer pourquoi la dégradation d'Hst3 précède le début de la phase S durant laquelle l'acétylation d'H3K56 s'accumule derrière les fourches de réplication afin d'exercer son rôle de mécanisme de défense contre le dommage à l'ADN. De plus, nous avons identifié plusieurs suppresseurs qui permettent de contourner le rôle important d'Hst3 et Hst4 en réponse au dommage à l'ADN. Plusieurs suppresseurs révèlent un lien génétique inattendu entre deux formes abondantes d'acétylation des histones chez Saccharomyces cerevisiae, soit H3K56ac et H4K16ac.

Rôle de la topoisomérase I dans la stabilité du génome chez Escherichia coli

Les topoisomérases (topos) de type IA jouent un rôle primordial dans le maintien et l’organisation du génome. Cependant, les mécanismes par lesquels elles contrôlent cette stabilité génomique sont encore à approfondir. Chez E. coli, les deux principales topoisomérases de type IA sont la topo I (codée par le gène topA) et la topo III (codée par le gène topB). Il a déjà été montré que les cellules dépourvues des topos I et III formaient de très longs filaments dans lesquels les chromosomes ne sont pas bien séparés. Comme ces défauts de ségrégation des chromosomes sont corrigés par l’inactivation de la protéine RecA qui est responsable de la recombinaison homologue, il a été émis comme hypothèse que les topoisomérases de type IA avaient un rôle dans la résolution des intermédiaires de recombinaison afin de permettre la séparation des chromosomes. D’autre part, des études réalisées dans notre laboratoire démontrent que le rôle majeur de la topoisomérase I est d’empêcher la formation des R-loops durant la transcription, surtout au niveau des opérons rrn. Ces R-loops on été récemment identifiés comme des obstacles majeurs à l’avancement des fourches de réplication, ce qui peut provoquer une instabilité génomique. Nous avons des évidences génétiques montrant qu’il en serait de même chez nos mutants topA. Tout récemment, des études ont montré le rôle majeur de certaines hélicases dans le soutien aux fourches de réplication bloquées, mais aussi une aide afin de supprimer les R-loops. Chez E. coli, ces hélicases ont été identifiées et sont DinG, Rep et UvrD. Ces hélicases jouent un rôle dans la suppression de certains obstacles à la réplication. Le but de ce projet était de vérifier l’implication de ces hélicases chez le mutant topA en utilisant une approche génétique. Étonnamment, nos résultats montrent que la délétion de certains de ces gènes d’hélicases a pour effet de corriger plutôt que d’exacerber des phénotypes du mutants topA qui sont liés à la croissance et à la morphologie des nucléoides et des cellules. Ces résultats sont interprétés à la lumière de nouvelles fonctions attribuées aux topoisomérases de types IA dans la stabilité du génome.

Impacts des réarrangements génomiques chloroplastiques sur l'apparition des phénotypes de variégation chez Arabidopsis thaliana

Contrairement à la plupart des eucaryotes non-photosynthétiques, les végétaux doivent assurer la stabilité d’un génome additionnel contenu dans le plastide, un organite d’origine endosymbiotique. Malgré la taille modeste de ce génome et le faible nombre de gènes qu’il encode, celui-ci est absolument essentiel au processus de photosynthèse. Pourtant, même si ce génome est d’une importance cruciale pour le développement de la plante, les principales menaces à son intégrité, ainsi que les conséquences d’une déstabilisation généralisée de sa séquence d’ADN, demeurent largement inconnues. Dans l’objectif d’élucider les conséquences de l’instabilité génomique chloroplastique, nous avons utilisé le mutant why1why3polIb d’Arabidopsis thaliana, qui présente d’importants niveaux de réarrangements génomiques chloroplastiques, ainsi que la ciprofloxacine, un composé induisant des brisures double-brins dans l’ADN des organites. Ceci nous a permis d’établir qu’une quantité importante de réarrangements génomiques provoque une déstabilisation de la chaîne de transport des électrons photosynthétique et un grave stress oxydatif associé au processus de photosynthèse. Étonnamment, chez why1why3polIb, ces hautes concentrations d’espèces oxygénées réactives ne mènent ni à la perte de fonction des chloroplastes affectés, ni à la mort cellulaire des tissus. Bien au contraire, ce déséquilibre rédox semble être à l’origine d’une reprogrammation génique nucléaire permettant de faire face à ce stress photosynthétique et conférant une tolérance aux stress oxydatifs subséquents. Grâce à une nouvelle méthode d’analyse des données de séquençage de nouvelle génération, nous montrons également qu’un type particulier d’instabilité génomique, demeuré peu caractérisé jusqu’à maintenant, constitue une des principales menaces au maintien de l’intégrité génomique des organites, et ce, tant chez Arabidopsis que chez l’humain. Ce type d’instabilité génomique est dénommé réarrangement de type U-turn et est vraisemblablement associé au processus de réplication. Par une approche génétique, nous démontrons que les protéines chloroplastiques WHY1, WHY3 et RECA1 empêchent la formation de ce type d’instabilité génomique, probablement en favorisant la stabilisation et le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Une forte accumulation de réarrangements de type U-turn semble d’ailleurs être à l’origine d’un sévère trouble développemental chez le mutant why1why3reca1. Ceci soulève de nombreuses questions quant à l’implication de ce type d’instabilité génomique dans de nombreux troubles et pathologies possédant une composante mitochondriale.

Déficience dans la réparation par excision de nucléotides en phase S induite par la séquestration du facteur de réplication RPA

Introduction Les lésions induites par les rayons UV peuvent causer des blocages dans la réplication de l'ADN. Ces dommages sont éliminés par le processus moléculaire très conservé de réparation par excision de nucléotides (NER). Nous avons précédemment démontré que la protéine ATR, une kinase majeure impliquée dans le stress réplicatif, est requise pour une NER efficace, et ce exclusivement durant la phase S. Des résultats subséquents ont suggéré que ce prérequis n’était pas lié à la réponse induite par ATR, mais plutôt d’une conséquence globale causée par la présence de stress réplicatif. En ce sens, nous mettons l’emphase qu’après irradiation UV, le complexe RPA joue un rôle crucial dans l'activation des mécanismes de NER ainsi que dans le redémarrage des fourches de réplication bloquées. Hypothèses: En général, les mutations qui confèrent une augmentation du stress réplicatif engendrent une séquestration excessive du facteur RPA aux fourches de réplication bloquées ce qui réduit son accessibilité pour le NER. Méthodes et résultats: Le modèle de la levure a été choisi pour vérifier cette hypothèse. Nous avons développé un essai de NER spécifique à chacune des phases du cycle cellulaire pour démontrer que les cellules déficientes en Mec1, l’homologue d’ATR, sont défectives dans la réparation par excision de nucléotides spécifiquement en phase S. De plus, plusieurs autres mutants de levure, caractérisés par un niveau de dommages spontanés élevé, ont aussi exhibé un défaut similaire. Ces mutants ont démontré une fréquence et une intensité de formation de foyers de RPA plus élevée. Finalement, une diminution partielle de RPA dans les levures a induit un défaut significatif dans le NER spécifiquement durant la phase S. Conclusion: Nos résultats supportent la notion que la séquestration de RPA aux fourches de réplication endommagées durant la phase S prévient son utilisation pour la réparation par excision de nucléotides ce qui inhibe fortement l'efficacité de réparation. Cette étude chez la levure facilite l’élucidation du phénomène analogue chez l’humain et, ultimement, comprend des implications majeures dans la compréhension du mécanisme de développement des cancers UV-dépendants.

The molecular mechanisms of sensing nucleoside analogue-induced DNA damage

Nucleoside analogues are antimetabolites effective in the treatment of a wide variety of solid tumors and hematological malignancies. Upon being metabolized to their active triphosphate form, these agents are incorporated into DNA during replication or excision repair synthesis. Because DNA polymerases have a greatly decreased affinity for primers terminated by most nucleoside analogues, their incorporation causes stalling of replication forks. The molecular mechanisms that recognize blocked replication may contribute to drug resistance but have not yet been elucidated. Here, several molecules involved in sensing nucleoside analogue-induced stalled replication forks have been identified and examined for their contribution to drug resistance. ^ The phosphorylation of the DNA damage sensor, H2AX, was characterized in response to nucleoside analogues and found to be dependent on both time and drug concentration. This response was most evident in the S-phase fraction and was associated with an inhibition of DNA synthesis, S-phase accumulation, and activation of the S-phase checkpoint pathway (Chk1-Cdc25A-Cdk2). Exposure of the Chk1 inhibitor, 7-hydroxystaurosporine (UCN-01), to cultures previously treated with nucleoside analogues caused increased apoptosis, clonogenic death, and a further log-order increase in H2AX phosphorylation, suggesting enhanced DNA damage. Ataxia-telangiectasia mutated (ATM) has been identified as a key DNA damage signaling kinase for initiating cell cycle arrest, DNA repair, and apoptosis while the Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN) complex is known for its functions in double-strand break repair. Activated ATM and the MRN complex formed distinct nuclear foci that colocalized with phosphorylated H2AX after inhibition of DNA synthesis by the nucleoside analogues, gemcitabine, ara-C, and troxacitabine. Since double-strand breaks were undetectable, this response was likely due to stalling of replication forks. A similar DNA damage response was observed in human lymphocytes after exposure to ionizing radiation and in acute myelogenous leukemia blasts during therapy with the ara-C prodrug, CP-4055. Deficiencies in ATM, Mre11, and Rad50 led to a two- to five-fold increase in gemcitabine sensitivity, suggesting that these molecules contribute to drug resistance. Based on these results, a model is proposed for the sensing of nucleoside analogue-induced stalled replication forks that includes H2AX, ATM, and the Mre11-Rad50-Nbs1 complex. ^

The cellular and molecular responses to a novel nucleotide analogue, GS-9219

GS-9219 is a cell-permeable double-prodrug of the acyclic nucleotide analogue 9-(2-phosphonylmethoxyethyl)guanine (PMEG). The conversion of GS-9219 to its active metabolite, PMEG diphosphate (PMEGpp), involves several intracellular enzymatic reactions which reduces the concentration of nephrotoxic PMEG in plasma. PMEGpp competes with the natural substrate, dGTP, for incorporation by DNA polymerases. The lack of a 3'-hydroxyl moiety makes PMEGpp a de facto DNA chain-terminator. The incorporation of PMEGpp into DNA during DNA replication causes DNA chain-termination and stalled replication forks. Thus, the primary mechanism of action of GS-9219 in replicating cells is via DNA synthesis inhibition. GS-9219 has substantial antiproliferative activity against activated lymphocytes and tumor cell lines of hematological malignancies. Tumor cell proliferation was significantly reduced as measured by PET/CT scans in dogs with advanced-stage, spontaneously occurring non-Hodgkin's lymphoma (NHL).^ The hypothesis of this dissertation is that the incorporation of PMEGpp into DNA during repair re-synthesis would result in the inhibition of DNA repair and accumulation of DNA damage in chronic lymphocytic leukemia (CLL) cells and activate signaling pathways to cell death.^ To test this hypothesis, CLL cells were treated with DNA-damaging agents to stimulate nucleotide excision repair (NER) pathways, enabling the incorporation of PMEGpp into DNA. When NER was activated by UV, PMEGpp was incorporated into DNA in CLL cells. Following PMEGpp incorporation, DNA repair was inhibited and led to the accumulation of DNA strand breaks. The combination of GS-9219 and DNA-damaging agents resulted in more cell death than the sum of the single agents alone. The presence of DNA strand breaks activated the phosphatidylinositol 3-kinase-like protein kinase (PIKK) family members ataxia-telangiectasia mutated (ATM) and DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). The activated ATM initiated signaling to the downstream target, p53, which was subsequently phosphorylated and accumulated to exert its apoptotic functions. P53-targeted pro-apoptotic genes, Puma and Bax, were upregulated and activated when DNA repair was inhibited, likely contributing to cell death. ^

CHEMOSENSITIZATION OF HEPATOCELLULAR CARCINOMA TO GEMCITABINE BY NON-INVASIVE RADIOFREQUENCY FIELD-INDUCED HYPERTHERMIA

Gemcitabine is a potent nucleoside analogue against solid tumors however drug resistance rapidly emerges. Removal of gemcitabine incorporated in the DNA by repair mechanisms could potentially contribute to resistance in chemo-refractory solid tumors. In this study, we evaluated homologous recombination repair of gemcitabine-stalled replication forks as a potential mechanism contributing to resistance. We also studied the effect of hyperthermia on homologous recombination pathway to explain the previously reported synergy between gemcitabine and hyperthermia. We found that hyperthermia degrades and inhibits localization of Mre11 to gemcitabine-stalled replication forks. Furthermore, gemcitabine-treated cells that were also treated with hyperthermia demonstrate a prolonged passage through late S/ G2 phase of cell cycle in comparison to cells treated with gemcitabine alone. This coincides with inhibition of resolution of γH2AX foci. Our findings also demonstrate that thermal sensitization of human hepatocellular carcinoma cell lines to gemcitabine is mediated through an Mre11-dependent homologous recombination repair pathway. Combination of non-invasive radiofrequency field-induced hyperthermia and gemcitabine was superior to either therapy alone (p

Estrategias para mejorar la comprensión del proceso de replicación del ADN en alumnos de la Escuela Secundaria

Teniendo como hipótesis que la representación gráfica de la replicación del ADN utilizada habitualmente genera una comprensión inadecuada del proceso, y que la utilización de una representación alternativa que sitúa las horquillas en el interior de una o varias burbujas de replicación mejora la comprensión del proceso, se presenta una secuencia de estrategias de enseñanza con el objetivo de contribuir a la mejor comprensión del proceso de replicación del ADN

Estrategias para mejorar la comprensión del proceso de replicación del ADN en alumnos de la Escuela Secundaria

Teniendo como hipótesis que la representación gráfica de la replicación del ADN utilizada habitualmente genera una comprensión inadecuada del proceso, y que la utilización de una representación alternativa que sitúa las horquillas en el interior de una o varias burbujas de replicación mejora la comprensión del proceso, se presenta una secuencia de estrategias de enseñanza con el objetivo de contribuir a la mejor comprensión del proceso de replicación del ADN

Estrategias para mejorar la comprensión del proceso de replicación del ADN en alumnos de la Escuela Secundaria

Teniendo como hipótesis que la representación gráfica de la replicación del ADN utilizada habitualmente genera una comprensión inadecuada del proceso, y que la utilización de una representación alternativa que sitúa las horquillas en el interior de una o varias burbujas de replicación mejora la comprensión del proceso, se presenta una secuencia de estrategias de enseñanza con el objetivo de contribuir a la mejor comprensión del proceso de replicación del ADN

Transgenic DNA integrated into the oat genome is frequently interspersed by host DNA

Integration of transgenic DNA into the plant genome was investigated in 13 transgenic oat (Avena sativa L.) lines produced using microprojectile bombardment with one or two cotransformed plasmids. In all transformation events, the transgenic DNA integrated into the plant genome consisted of intact transgene copies that were accompanied by multiple, rearranged, and/or truncated transgene fragments. All fragments of transgenic DNA cosegregated, indicating that they were integrated at single gene loci. Analysis of the structure of the transgenic loci indicated that the transgenic DNA was interspersed by the host genomic DNA. The number of insertions of transgenic DNA within the transgene loci varied from 2 to 12 among the 13 lines. Restriction endonucleases that do not cleave the introduced plasmids produced restriction fragments ranging from 3.6 to about 60 kb in length hybridizing to a probe comprising the introduced plasmids. Although the size of the interspersing host DNA within the transgene locus is unknown, the sizes of the transgene-hybridizing restriction fragments indicated that the entire transgene locus must be at least from 35–280 kb. The observation that all transgenic lines analyzed exhibited genomic interspersion of multiple clustered transgenes suggests a predominating integration mechanism. We propose that transgene integration at multiple clustered DNA replication forks could account for the observed interspersion of transgenic DNA with host genomic DNA within transgenic loci.

Histone H1 Reduces the Frequency of Initiation in Xenopus Egg Extract by Limiting the Assembly of Prereplication Complexes on Sperm Chromatin

Somatic histone H1 reduces both the rate and extent of DNA replication in Xenopus egg extract. We show here that H1 inhibits replication directly by reducing the number of replication forks, but not the rate of fork progression, in Xenopus sperm nuclei. Density substitution experiments demonstrate that those forks that are active in H1 nuclei elongate to form large tracts of fully replicated DNA, indicating that inhibition is due to a reduction in the frequency of initiation and not the rate or extent of elongation. The observation that H1 dramatically reduces the number of replication foci in sperm nuclei supports this view. The establishment of replication competent DNA in egg extract requires the assembly of prereplication complexes (pre-RCs) on sperm chromatin. H1 reduces binding of the pre-RC proteins, XOrc2, XCdc6, and XMcm3, to chromatin. Replication competence can be restored in these nuclei, however, only under conditions that promote the loss of H1 from chromatin and licensing of the DNA. Thus, H1 inhibits replication in egg extract by preventing the assembly of pre-RCs on sperm chromatin, thereby reducing the frequency of initiation. These data raise the interesting possibility that H1 plays a role in regulating replication origin use during Xenopus development.