The Vitamin A Derivative All-Trans Retinoic Acid Repairs Amyloid-β-Induced Double-Strand Breaks in Neural Cells and in the Murine Neocortex.

The amyloid-β peptide or Aβ is the key player in the amyloid-cascade hypothesis of Alzheimer's disease. Aβ appears to trigger cell death but also production of double-strand breaks (DSBs) in aging and Alzheimer's disease. All-trans retinoic acid (RA), a derivative of vitamin A, was already known for its neuroprotective effects against the amyloid cascade. It diminishes, for instance, the production of Aβ peptides and their oligomerisation. In the present work we investigated the possible implication of RA receptor (RAR) in repair of Aβ-induced DSBs. We demonstrated that RA, as well as RAR agonist Am80, but not AGN 193109 antagonist, repair Aβ-induced DSBs in SH-SY5Y cells and an astrocytic cell line as well as in the murine cortical tissue of young and aged mice. The nonhomologous end joining pathway and the Ataxia Telangiectasia Mutated kinase were shown to be involved in RA-mediated DSBs repair in the SH-SY5Y cells. Our data suggest that RA, besides increasing cell viability in the cortex of young and even of aged mice, might also result in targeted DNA repair of genes important for cell or synaptic maintenance. This phenomenon would remain functional up to a point when Aβ increase and RA decrease probably lead to a pathological state.

Régulation dépendante du cycle cellulaire de la réparation par excision de nucléotides

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN.

Manipulation of the ubiquitin-proteasome system by HIV-1 : role of the accessory protein Vpr

Le virus de l’immunodéficience humaine de type 1 (VIH-1), l’agent étiologique du SIDA, est un rétrovirus complexe arborant plusieurs protéines accessoires : Nef, Vif, Vpr, et Vpu. Celles-ci sont impliquées dans la modulation de la réplication virale, dans l’évasion immunitaire et dans la progression de la pathogenèse du SIDA. Dans ce contexte, il a été démontré que la protéine virale R (Vpr) induit un arrêt de cycle cellulaire en phase G2. Le mécanisme par lequel Vpr exerce cette fonction est l’activation, ATR (Ataxia telangiectasia and Rad3 related)-dépendante, du point de contrôle de dommage à l’ADN, mais les facteurs et mécanismes moléculaires directement impliqués dans cette activité demeurent inconnus. Afin d’identifier de nouveaux facteurs cellulaires interagissant avec Vpr, nous avons utilisé une purification d’affinité en tandem (TAP) pour isoler des complexes protéiques natifs contenant Vpr. Nous avons découvert que Vpr s’associait avec CRL4A(VprBP), un complexe cellulaire d’E3 ubiquitine ligase, comprenant les protéines Cullin 4A, DDB1 (DNA damage-binding protein 1) et VprBP (Vpr-binding protein). Nos études ont mis en évidence que le recrutement de la E3 ligase par Vpr était nécessaire mais non suffisant pour l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2, suggérant ainsi que des événements additionnels seraient impliqués dans ce processus. À cet égard, nous apportons des preuves directes que Vpr détourne les fonctions de CRL4A(VprBP) pour induire la polyubiquitination de type K48 et la dégradation protéosomale de protéines cellulaires encore inconnues. Ces événements d’ubiquitination induits par Vpr ont été démontrés comme étant nécessaire à l’activation d’ATR. Finalement, nous montrons que Vpr forme des foyers ancrés à la chromatine co-localisant avec VprBP ainsi qu’avec des facteurs impliqués dans la réparation de l’ADN. La formation de ces foyers représente un événement essentiel et précoce dans l’induction de l’arrêt de cycle cellulaire en G2. Enfin, nous démontrons que Vpr est capable de recruter CRL4A(VprBP) au niveau de la chromatine et nous apportons des preuves indiquant que le substrat inconnu ciblé par Vpr est une protéine associée à la chromatine. Globalement, nos résultats révèlent certains des ménanismes par lesquels Vpr induit des perturbations du cycle cellulaire. En outre, cette étude contribue à notre compréhension de la modulation du système ubiquitine-protéasome par le VIH-1 et son implication fonctionnelle dans la manipulation de l’environnement cellulaire de l’hôte.

Identification du rôle et des modifications post-traductionnelles modulant l’export nucléaire de l’hélicase virale E1 au cours du cycle de réplication du virus du papillome humain

Les virus du papillome humain (VPH) sont de petits virus à ADN double brin infectant les épithéliums de la peau et des muqueuses. La réplication nécessaire au maintien de leur génome dans les cellules infectées dépend des protéines virales E1 et E2. Au cours de la réplication, E1 est recrutée à l’origine de réplication par E2 afin d’être assemblée en doubles hexamères capables de dérouler l’ADN. E1 contient un domaine C-terminal responsable de l’activité ATPase/hélicase, un domaine central de liaison à l’origine et une région N-terminale régulant la réplication in vivo. Cette région contient des signaux de localisation et d’export nucléaire qui modulent le transport intracellulaire de E1. Chez le virus du papillome bovin (VPB), il a été proposé que ce transport est régulé par la sumoylation de E1. Finalement, la région N-terminale de E1 contient un motif de liaison aux cyclines permettant son interaction avec la cycline E/A-Cdk2. La phosphorylation de E1 par cette dernière régule différemment l’export nucléaire des protéines E1 du VPB et du VPH. Dans la première partie de cette étude, nous avons démontré que bien que la protéine E1 des VPH interagit avec Ubc9, l’enzyme de conjugaison de la voie de sumoylation, cette voie n’est pas requise pour son accumulation au noyau. Dans la seconde partie, nous avons déterminé que l’accumulation nucléaire de E1 est plutôt régulée pas sa phosphorylation. En fait, nous avons démontré que l’export nucléaire de E1 est inhibé par la phosphorylation de sérines conservées de la région N-terminale de E1 par Cdk2. Puis, nous avons établi que l’export nucléaire de E1 n’est pas nécessaire à l’amplification du génome dans les kératinocytes différenciés mais qu’il est requis pour le maintien du génome dans les kératinocytes non différenciés. En particulier, nous avons découvert que l’accumulation nucléaire de E1 inhibe la prolifération cellulaire en induisant un arrêt du cycle cellulaire en phase S et que cet effet anti-prolifératif est contrecarrée par l’export de E1 au cytoplasme. Dans la troisième partie de cette étude, nous avons démontré que l’arrêt cellulaire induit par E1 dépend de sa liaison à l’ADN et à l’ATP, et qu’il est accompagné par l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN dépendante de ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated). Ces deux événements semblent toutefois distincts puisque la formation d’un complexe E1-E2 réduit l’activation de la voie de réponse aux dommages par E1 sans toutefois prévenir l’arrêt de cycle cellulaire. Finalement, nous avons démontré que la réplication transitoire de l’ADN viral peut avoir lieu dans des cellules arrêtées en phase S, indépendamment de l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN et de la kinase ATM. Globalement, nos résultats démontrent que l’export nucléaire de E1 est régulé par sa phosphorylation et non par sa sumoylation. Ils démontrent également que l’export nucléaire de E1 est essentiel au maintien du génome dans les kératinocytes, possiblement parce qu’il prévient l’inhibition de la prolifération cellulaire et l’activation de la voie de réponse aux dommages à l’ADN en limitant l’accumulation de E1 au noyau.

Inhibition of cellular proliferation by the genistein metabolite 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone is mediated by DNA damage and activation of the ATR signalling pathway

The cellular actions of genistein, and its in vivo metabolites, are believed to mediate the decreased risk of breast cancer associated with high soy consumption. The genistein metabolite, 5,7,3',4'-tetrahydroxyisoflavone (THIF), induced G2-M cell cycle arrest in T47D tumorigenic breast epithelial cells via a mechanism involving the activation of ataxia telangiectasia and Rad3-related kinase (ATR) via its phosphorylation at Ser(428). This activation of ATR appeared to result from THIF-induced increases in intracellular oxidative stress, a depletion of cellular GSH and an increase in DNA strand breakage. THIF treatment also led to an inhibition of cdc2, which was accompanied by the phosphorylation of both p53 (Ser(15)) and Chk1 (Ser(296)) and the de-activation of cdc25C phosphatase. We suggest the anti-proliferative actions of THIF may be mediated by initial oxidative DNA damage, activation of ATR and downstream regulation of the p53 and Chk1 pathways leading to cell cycle arrest in G2-M. This may represent one mechanism by which genistein exerts its cellular activity in vivo. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Hepatitis C Virus NS2 Protein Inhibits DNA Damage Pathway by Sequestering p53 to the Cytoplasm

Chronic hepatitis C virus (HCV) infection is an important cause of morbidity and mortality globally, and often leads to end-stage liver disease. The DNA damage checkpoint pathway induces cell cycle arrest for repairing DNA in response to DNA damage. HCV infection has been involved in this pathway. In this study, we assess the effects of HCV NS2 on DNA damage checkpoint pathway. We have observed that HCV NS2 induces ataxia-telangiectasia mutated checkpoint pathway by inducing Chk2, however, fails to activate the subsequent downstream pathway. Further study suggested that p53 is retained in the cytoplasm of HCV NS2 expressing cells, and p21 expression is not enhanced. We further observed that HCV NS2 expressing cells induce cyclin E expression and promote cell growth. Together these results suggested that HCV NS2 inhibits DNA damage response by altering the localization of p53, and may play a role in the pathogenesis of HCV infection. © 2013 Bitter et al.

ATM down-regulation is associated with poor prognosis in sporadic breast carcinomas

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

DNA repair mechanisms protect our genome from carcinogenesis

Human cells are constantly exposed to DNA damage. Without repair, damage can result in genetic instability and eventually cancer. The strong association between the lack of DNA damage repair, mutations and cancer is dramatically demonstrated by a number of cancer-prone human syndromes, such as xeroderma pigmentosum (XP), ataxia-telangiectasia (AT) and Fanconi anemia (FA). This review focuses on the historical discoveries related with these three diseases and describes their impact on the understanding of DNA repair mechanisms and the causes of human cancer. As deficiencies in DNA repair are also often related with progeria symptoms, unrepaired damage and aging are somehow related. Several other pathologies associated with DNA repair defects, genetic instability and increased cancer risk are also discussed. In fact, studies with cells from these many syndromes have helped in understanding important levels of protection against cancer and aging, although little help has actually been conferred to the patients in terms of therapy. Finally, the recent advances in combined basic and translational research on DNA repair and chemotherapy are presented.

Processing of O 6 - methylguanine in mammalian cells

DNA methylating compounds are widely used as anti-cancer chemotherapeutics. The pharmaceutical critical DNA lesion induced by these drugs is O6-methylguanine (O6MeG). O6MeG is highly mutagenic and genotoxic, by triggering apoptosis. Despite the potency of O6MeG to induce cell death, the mechanism of O6MeG induced toxicity is still poorly understood. Comparing the response of mouse fibroblasts wild-type (wt) and deficient for ataxia telangiectasia mutant protein (ATM), a kinase responsible for both the recognition and the signalling of DNA double-strand breaks (DSBs), it was shown that ATM deficient cells are more sensitive to the methylating agents N-methyl-N’-nitro-N-nitrosoguanidine (MNNG), methyl methansulfonate (MMS) and the anti-cancer drug temozolomide, in both colony formation and apoptosis assays. This clearly shows that DSBs are involved in O6MeG toxicity. By inactivating the O6MeG repair enzyme O6-methylguanine-DNA methyltransferase (MGMT) with the specific inhibitor O6-benzylguanine (O6BG), ATM wt and deficient cells became more sensitive to MNNG and MMS. The opposite effect was observed when over-expressing MGMT in ATM -/- cells. The results show that O6MeG is the critical DNA lesion causing death in ATM cells following MNNG treatment, and is partially responsible for the toxicity observed following MMS treatment. Furthermore, by inhibiting the ATM kinase activity with caffeine, it was shown that the resistance of wt cells to MNNG was due to the kinase activity of ATM, as wt cells underwent more apoptosis following methylating agent treatment in the presence of caffeine. Apoptosis and caspase-3 activation were late events, starting 48h after treatment. This lends support to the model where O6MeG lesions are converted into DSBs during replication. As ATM wt and deficient cells showed similar G2/M blockage and Chk1 activation following MNNG and MMS treatment, it was concluded that the protective effect of ATM is not due to cell cycle progression control. The hypersensitivity of ATM deficient cells was accompanied by their inability to activate the anti-apoptotic NFkB pathway. In a second part of this study, it was shown that the inflammatory cytokine IL-1 up-regulates the DNA repair gene apurinic endonuclease 2 (APEX2). Up-regulation of APEX2 occurred by transcriptional regulation as it was abrogated by actinomycin D. APEX2 mRNA accumulation was accompanied by increase in APEX2 protein level. IL-1 induced APEX2 expression as well as transfection of cells with APEX2 cDNA positively correlated with a decrease in apoptosis after treatment with genotoxic agents, particularly affecting cell death after H2O2. This indicates an involvement of APEX2 in the BER pathway in cells responding to IL-1.

Aktivierung von c-Jun-N-terminalen Kinasen (SAPK,JNK) als Teil der späten Cisplatin abhängigen DNA-Schadensantwort

Stress-aktivierte-Protein-Kinasen (c-Jun-N-terminal kinases) SAPK/JNK werden sehr schnell nach Exposition von Zellen mit verschiedensten Noxen, wie beispielsweise Genotoxinen, aktiviert. Sie sind allerdings noch nicht als Teil der DNA-Schadensantwort etabliert. In dieser Arbeit sollte gezeigt werden, das SAPK/JNK einen wichtigen Teil innerhalb der DNA-Schadensantwort spielen. Aus diesem Grund wurde zu frühen (z.B.: 4 h) als auch zu späten Zeiten (z.B.: 24 h) die Bildung von DNA-Addukten nach Cisplatin Exposition untersucht und überprüft, ob diese mit dem Aktivierungsstatus der SAPK/JNK nach Cisplatinbehandlung korreliert. Menschliche Fibroblasten, die einen Defekt in der Transkription gekoppelten Nukleotid-Exzisionsreparatur (TC-NER) aufwiesen, wie beispielsweise CSB-Zellen (Cockayne Syndrom B) oder XPA-Zellen (Xeroderma Pigmentosum A), sind charakterisiert durch einen erhöhten Phosphorylierungsstatus der SAPK/JNK, 16 h nach Cisplatingabe, im Vergleich zu normalen Wildtyp-Fibroblasten. Die nach Cisplatin Exposition beobachtete Aktivierung der SAPK/JNK ist quantitativ jedoch nicht vergleichbar mit dem Level an gebildeten Cisplatin-DNA-Addukten, wie in den Southwestern- und Massenspektrometrischen Untersuchungen gezeigt werden konnte. Es konnten jedoch Parallelen zwischen der Aktivierung der SAPK/JNK, sowie den gezeigten γ-H2AX-Foci als auch der Aktivierung von Check-Point Kinasen gefunden werden. Dies lässt darauf schließen, dass DNA-Doppelstrangbrüche (DSB) an der späten Aktivierung des SAPK/JNK Signalweges beteiligt sind. Dementsprechend lässt sich ebenfalls in Zellen, die einen Defekt in der Reparatur von Doppelstrangsbrüchen aufweisen, wie beispielsweise DNA-PKcs Zellen, eine erhöhte, durch Cisplatin hervorgerufene späte Phosphorylierung der SAPK/JNK als auch eine vermehrte γ-H2AX-Foci Bildung und Check-Point Kinasen Aktivierung nachweisen. Vergleichend dazu zeigten Zellen mit einem Defekt in ATM (Ataxia telegiectasia mutated protein) oder XPC keine erhöhte Phosphorylierung zu späten Zeiten nach Cisplatin Behandlung. Weiterhin bleibt festzuhalten, dass die späte, durch Cisplatin hervorgerufene Schadensantwort unabhängig von p53, ER-Stress oder MKP-1 ist. Die SAPK/JNK Aktivierung nach Cisplatin Exposition erfordert funktionsfähige Rho-GTPasen und kann durch pharmakologische Hemmung der Tyrosin-Kinasen und durch N-Acetylcystein gehemmt werden. Es lässt sich zusammenfassend sagen, dass die durch Cisplatin induzierte späte SAPK/JNK Aktivierung durch die Formation von DSB initiiert wird und XPC, Rho-Proteine sowie Tyrosin Kinasen an der Signalweiterleitung beteiligt sind.

Arabidopsis WEE1 kinase controls cell cycle arrest in response to activation of the DNA integrity checkpoint

Upon the incidence of DNA stress, the ataxia telangiectasia-mutated (ATM) and Rad3-related (ATR) signaling kinases activate a transient cell cycle arrest that allows cells to repair DNA before proceeding into mitosis. Although the ATM-ATR pathway is highly conserved over species, the mechanisms by which plant cells stop their cell cycle in response to the loss of genome integrity are unclear. We demonstrate that the cell cycle regulatory WEE1 kinase gene of Arabidopsis thaliana is transcriptionally activated upon the cessation of DNA replication or DNA damage in an ATR- or ATM-dependent manner, respectively. In accordance with a role for WEE1 in DNA stress signaling, WEE1-deficient plants showed no obvious cell division or endoreduplication phenotype when grown under nonstress conditions but were hypersensitive to agents that impair DNA replication. Induced WEE1 expression inhibited plant growth by arresting dividing cells in the G2-phase of the cell cycle. We conclude that the plant WEE1 gene is not rate-limiting for cycle progression under normal growth conditions but is a critical target of the ATR-ATM signaling cascades that inhibit the cell cycle upon activation of the DNA integrity checkpoints, coupling mitosis to DNA repair in cells that suffer DNA damage.

Expression of TCL1 in hematologic disorders

OBJECTIVE: TCL1, MTCP1 and TCL1b are three members of a new family of oncogenes that are expressed in T cell leukemias of ataxia telangiectasia patients (T-PLL, T-CLL). TCL1 is located at 14q32.1 and activated by juxtaposition to the alpha/delta-locus at 14q11 or beta-locus at 7q35 of the T cell receptor during the reciprocal translocations t(14;14)(q11;q32), t(7;14)(q35;q32), or inversion inv(14)(q11;q32). TCL1 encodes a predominantly cytoplasmic protein of 114 aa (14 kD) of unknown function. Recent studies suggest that TCL1 promotes cell survival rather than stimulating cell proliferation, as previously proposed. METHODS: In an attempt to clarify the contexts in which TCL1 is expressed, we investigated TCL1 expression in 114 lymphoma and leukemia patients by Northern blot, RT-PCR and immunohistochemistry. RESULTS: TCL1 expression is restricted to lymphoid cells, and is found in neoplastic (T and B cell neoplasms, and Hodgkin's disease) and nonneoplastic proliferations (reactive lesions). Out of 114 cases, 18 neoplasms of myeloid and 4 cases of epithelial origin were TCL1-negative. In lesions of the lymphoid system, both low- and high-grade lymphomas were found to express TCL1. CONCLUSIONS: We propose that TCL1 expression especially in high-grade B cell non-Hodgkin's lymphomas might interfere with B cell differentiation and promote the transition from low- to high-grade lymphoma.

ATM Signaling to TSC2: Mechanisms and Implications for Cancer Therapy

Ataxia telangiectasia mutated (ATM) is a critical component of the cellular response to DNA damage, where it acts as a damage sensor, and signals to a large network of proteins which execute the important tasks involved in responding to the damage, namely inducing cell cycle checkpoints, inducing DNA repair, modulating transcriptional responses, and regulating cell death pathways if the damage cannot be repaired faithfully. We have now discovered that an additional novel component of this ATM-dependent damage response involves induction of autophagy in response to oxidative stress. In contrast to DNA damage-induced ATM activation however, oxidative stress induced ATM, occurs in the cytoplasm, and does not require nuclear-to-cytoplasmic shuttling of ATM. Using several cell culture systems including MCF7 breast carcinoma cells, SKOV3 ovarian cancer cells, and various lineages of mouse embryonic fibroblasts, we showed that once activated by reactive oxygen species (ROS), ATM signals to mTORC1 to induce autophagy via the LKB1-AMPK-TSC2 pathway. Targeting dysregulation of mTORC1 in Atm-deficient mice, which succumb to lymphomagenesis within 3-4 months of age with daily administration of rapamycin, could significantly extend survival and cause regression of tumors, suggesting that pharmacologically targeting this pathway has therapeutic implications in cancer. We also identified a second contrasting pathway for DNA damage-induced mTORC1 repression which does not require AMPK activation, but does require ATM and TSC2. Several potential mechanisms including mTOR localization and p53-mediated pathways were ruled out however we identified that TSC2 may be an additional cytoplasmic direct ATM substrate that is engaged in response to DNA damage specifically. Lastly, a study was performed to examine whether autophagy induced by ovarian cancer therapeutics (focusing on cisplatin, since paclitaxel does not induce autophagy in the SKOV3 cell line model we used) plays a role in resistance to therapy since autophagy can play both pro-survival mechanisms or be a mechanism of cell death. Using a genetic approach to knock-down Atg5 expression with shRNA in SKOV3 ovarian carcinoma cells, we compared the cytotoxicity of cisplatin in vector or Atg5 knock-down cells, and demonstrated that autophagy does not play any significant role in the response to cisplatin in this cell line.

Upregulation of Reactive Oxygen Species During the Retrovirus Life Cycle and Their Roles in a Mutant of Moloney Murine Leukemia Virus, ts1-Mediated Neurodegeneration

Viral invasion of the central nervous system (CNS) and development of neurological symptoms is a characteristic of many retroviruses. The mechanism by which retrovirus infection causes neurological dysfunction has yet to be fully elucidated. Given the complexity of the retrovirus-mediated neuropathogenesis, studies using small animal models are extremely valuable. Our laboratory has used a mutant moloney murine leukemia retrovirus, ts1-mediated neurodegneration. We hypothesize that astrocytes play an important role in ts1-induced neurodegeneration since they are retroviral reservoirs and supporting cells for neurons. It has been shown that ts1 is able to infect astrocytes in vivo and in vitro. Astrocytes, the dominant cell population in the CNS, extend their end feet to endothelial cells and neuronal synapse to provide neuronal support. Signs of oxidative stress in the ts1-infected CNS have been well-documented from previous studies. After viral infection, retroviral DNA is generated from its RNA genome and integrated into the host genome. In this study, we identified the life cycle of ts1 in the infected astrocytes. During the infection, we observed reactive oxygen species (ROS) upregulations: one at low levels during the early infection phase and another at high levels during the late infection phase. Initially we hypothesized that p53 might play an important role in ts1-mediated astrocytic cell death. Subsequently, we found that p53 is unlikely to be involved in the ts1-mediated astrocytic cell death. Instead, p53 phosphorylation was increased by the early ROS upregulation via ATM, the protein encoded by the ataxia-telangiectasia (A-T) mutated gene. The early upregulation of p53 delayed viral gene expression by suppressing expression of the catalytic subunit of NADPH oxidase (NOX). We further demonstrated that the ROS upregulation induced by NOX activation plays an important role in establishing retroviral genome into the host. Inhibition of NOX decreased viral replication and delayed the onset of pathological symptoms in ts1-infected mice. These observations lead us to conclude that suppression of NOX not only prevents the establishment of the retrovirus but also decreases oxidative stress in the CNS. This study provides us with new perspectives on the retrovirus-host cell interaction and sheds light on retrovirus-induced neurodegeneration as a result of the astrocyte-neuron interaction.

Characterization of the role of the RNA-binding protein FUS in the DNA damage response

FUS/TLS (fused in sarcoma/translocated in liposarcoma), a ubiquitously expressed RNA-binding protein, has been linked to a variety of cellular processes, including RNA metabolism, microRNA biogenesis and DNA repair. However, the precise cellular function of FUS remains unclear. Recently, mutations in the FUS gene have been found in ∼5% of familial Amyotrophic Lateral Sclerosis, a neurodegenerative disorder characterized by the dysfunction and death of motor neurons. Since MEFs and B-lymphocytes derived from FUS knockdown mice display major sensitivity to ionizing radiation and chromosomal aberrations [1,2], we are investigating the effects of DNA damage both in the presence or in the absence of FUS. To this purpose, we have generated a SH-SY5Y human neuroblastoma cell line expressing a doxycycline-induced shRNA targeting FUS, which specifically depletes the protein. We have found that FUS depletion induces an activation of the DNA damage response (DDR). However, treatment with genotoxic agents did not induce any strong changes in ATM (Ataxia Telangiectasia Mutated)-mediated DDR signaling. Interestingly, genotoxic treatment results in changes in the subcellular localization of FUS in normal cells. We are currently exploring on one hand the mechanism by which FUS depletion leads to DNA damage, and on the other the functional significance of FUS relocalization after genotoxic stress.