Generierung und Prozessierung oxidativer DNA-Schäden

Generierung und Prozessierung oxidativer DNA Schäden --- Ziel dieser Arbeit war es, adaptive Antworten der Zellen auf einen DNA Schädigung zu untersuchen. Hierzu wurden Experimente zur Reparatur oxidierter Basen (Substrate der Basen Exzisions Reparatur (BER)) oder von Pyrimidindimeren (Substrate der Nukleotid Exzisions Reparatur (NER)) nach einer Vorbehandlung mit DNA-schädigender Agenzien durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, dass sowohl eine Vorbehandlung mit einer alkylierenden als auch mit einer oxidierenden Substanz zu einer adaptiven Erhöhung des zellulären Glutathionspiegels führte, die 16 h nach der Schädigung ihr Maximum erreichte. Jedoch waren die 8-oxoG Glykosylaseaktivitäten über einen Zeitraum von 18 h konstant. Diese Effekte waren unabhängig davon, ob Maus Embryofibroblasten, primäre oder p53 profiziente menschliche Zellen verwendet wurden. Die BER war ebenfalls in keiner der verschiedenen Zelllinien signifikant verbessert. Die adaptive Antwort bezüglich der Glutathionspiegel war also nicht mit einer entsprechenden Veränderung bei der DNA-Reparatur verbunden. Folglich ist die Reparatur von oxidativen DNA-Schäden durch eine vorausgehende Schädigung nicht induzierbar. Der zweite Teil der Untersuchungen zu der Reparatur beschäftigte sich mit der NER. Hierzu wurde die Reaktivierung eines mit UVB-Strahlung geschädigten Plasmids untersucht. Als Wirtszellen fungierten primäre menschliche Fibroblasten und Keratinozyten, die entweder mit UVB vorbehandelt oder ungeschädigt waren. Auch für die NER konnte keine signifikante Beschleunigung der Reparatur von Pyrimidindimeren durch eine Vorbehandlung festgestellt werden. Die Reaktivierung erfolgte ferner unabhängig vom p53-Status der Zellen, wie Versuche mit p53-siRNA zeigten. Neben der Prozessierung war die Generierung oxidativer DNA Schäden Gegenstand der Arbeit. Die verwendete Substanz Tirapazamin (TPZ) ist ein für hypoxische Zellen selektives, neues Zytostatikum und befindet sich momentan in Phase 2/3 der klinischen Prüfung. Ziel war es die von TPZ verursachten DNA Modifikationen zu charakterisieren, sowie die Toxizität und Genotoxizität zu untersuchen. Da es Hinweise auf eine Aktivierung von TPZ über eine Oxidoreduktase (OR) gab, wurden die Experimente in Wildtyp und hOR überexprimierenden Zellen durchgeführt. Die Quantifizierung der verursachten DNA-Modifikationen zeigte, dass der von TPZ verursachte Schaden in Zellen mit hOR erhöht war. Das erhaltene Schadensprofil der durch TPZ verursachten DNA-Modifikationen war dem Schadensprofil von durch Gamma-Strahlung intrazellulär verursachten Hydroxylradikalen sehr ähnlich. Da es nach der Aktivierung von TPZ durch eine OR zu einer Abspaltung von Hydroxylradikalen kommt, bestätigte dies den vermuteten Mechanismus. Weitere Untersuchungen mit t-Butanol, einem Hydroxylradikal Fänger, ergaben eine verminderte DNA-Schädigung, was ebenfalls für eine DNA-Schädigung durch Hydroxylradikale spricht. Untersuchungen zur Mutagenität zeigten das die Mutationsrate in Zellen mit hOR um das 4 fache erhöht ist. Erstaunlich war jedoch, dass der im gleichen Ausmaß von Gamma-Strahlung verursachte DNA-Schaden für die beobachtete Toxizität dieser verantwortlich war, während bei TPZ unter den gleichen Bedingungen keine Toxizität vorlag. Erklärt werden könnte die erhöhte Toxizität und Mutagenität durch so genannte geclusterte DNA-Schäden, die von Gamma-Strahlen, nicht jedoch von TPZ gebildet werden. Nach einer verlängerten Inkubation wurde sowohl für die Toxizität als auch für die Genotoxizität erneut ein verstärkender Effekt durch die OR bestätigt. Überraschend war weiterhin die von der OR unabhängige Generierung von Doppelstrangbrüchen, für die demnach ein grundsätzlich anderer Mechanismus, wie zum Beispiel eine direkte Interaktion mit der Topoisomerase II, angenommen werden muss.

Untersuchungen zur Chemosensitivität von testikulären Tumorzellen gegenüber Cisplatin

Metastasierender Krebs ist bei Erwachsenen in der Regel nicht heilbar. Eine Ausnahme stellen testikuläre Keimzelltumoren (TKZT) dar, da über 75 % der Patienten mit fortgeschrittenen metastasierenden TKZT mit einer auf Cisplatin basierenden Kombinations-Chemotherapie geheilt werden können. Zelllinien, die aus TKZT isoliert wurden, behalten diese Cisplatin-Sensitivität in vitro bei. Somit spiegeln Testistumorzelllinien die klinische Situation wider und sind deswegen ein gutes Modellsystem um zu untersuchen, welche Faktoren der Cisplatin-Sensitivität zugrunde liegen. Die Ursachen der Cisplatin-Sensitivität in Testistumoren sind nicht bekannt. Es wurde bereits gezeigt, dass Testistumorzellen eine geringe Kapazität für die Entfernung von Cisplatin-induzierten DNA-Platinierungen aufweisen. Dieser Defekt in der DNA-Reparatur könnte ein Faktor für die beobachtete Cisplatin-Sensitivität sein. Cisplatin induziert sowohl Intrastrang-Vernetzungen als auch Interstrang-Vernetzungen (ICLs). Die Bildung und Reparatur der Cisplatin-induzierten Intrastrang-Vernetzungen wurde mittels DNA-Slot-Blot, die Bildung und Entfernung von Interstrang-Vernetzungen wurde mithilfe des Comet-Assays untersucht. In der vorliegenden Arbeit wurde gezeigt, dass die Reparatur von Intrastrang-Vernetzungen in Testis- und Blasentumorzelllinien vergleichbar ist. Somit sind Testistumorzellen in diesem Reparaturweg nicht beeinträchtigt. Im Unterschied dazu zeigte sich, dass Testistumorzellen die ICLs nicht oder nur mit einer reduzierten Kapazität entfernen können.Da die ICL-Reparatur über die Bildung von DNA-Doppelstrangbrüchen (DSB) mit anschließender DSB-Reparatur verläuft, wurde die Kinetik der DSB-Reparatur anhand der Immundetektion der Histon-Variante γH2AX, die zur Visualisierung von DSB verwendet wird, verfolgt. γH2AX Foci wurden nach Behandlung mit Cisplatin in Testistumorzellen und Blasentumorzellen gebildet. Anders als in Blasentumorzellen blieb der Prozentsatz an γH2AX-positiven Zellen in Testistumorzellen bestehen. Offensichtlich konnten die Testistumorzellen die Cisplatin-induzierten ICLs nicht korrekt prozessieren, was dazu führte, dass γH2AX Foci persistierten. Da unreparierte DNA-Läsionen eine DNA-schadensabhängige Antwort einleiten können, wurde die Aktivierung der Hauptfaktoren dieser Signalwege untersucht. In den Testistumorzellen zeigte sich eine Erhöhung der p53 Proteinmenge nach Cisplatin-Behandlung. Des Weiteren wurde die durch Cisplatin induzierte Aktivierung von ATM/ATR, Chk1/Chk2, Bax und Noxa in Testis- und Blasentumorzellen vergleichend untersucht. Es wurde bereits gezeigt, dass der Reparaturfaktor ERCC1-XPF in Testistumorzelllinien reduziert vorliegt. Um eine mögliche Rolle von ERCC1-XPF für die Reparatur-Defizienz der ICLs und Cisplatin-Sensitivität in Testistumorzellen zu analysieren, wurde ERCC1-XPF in der Testistumorenzelllinie 833K mithilfe eines Expressionsvektors überexprimiert, und der Einfluss von ERCC1-XPF auf ICL-Reparatur sowie Cisplatin-Sensitivität wurde ermittelt. Überexpression von ERCC1-XPF führte zur Reparatur der ICLs in 833K-Zellen und verminderte die Cisplatinsensitivität. Somit scheint die Cisplatinsensitivität der Testistumorzellen, zumindest zum Teil, auf einer verminderten ICL-Reparatur zu beruhen. Des Weiteren wurde in „proof of principle“ Experimenten ERCC1-XPF in der Cisplatin-resistenten Blasentumorzelllinie MGH-U1 mittels siRNA herunterreguliert, und die Auswirkung der Herunterregulation auf die ICL-Reparatur und die Cisplatinsensitivität wurde geprüft. RNA-Interferenz-vermittelte Herunterregulierung von ERCC1-XPF reduzierte die Prozessierung der Cisplatin-induzierten ICLs und verstärkte die Cisplatinsensitivität in MGH-U1 Zellen. Somit wurde in dieser Arbeit zum ersten Mal gezeigt, dass die Testistumorzellen in Vergleich zu Blasentumorzellen in der Reparatur von ICLs defizient sind, wobei die verminderte ICL-Reparatur auf die geringe Expression von ERCC1-XPF zurückgeführt werden konnte. Diese ICL-Reparatur-Defizienz könnte, zumindest zu einem Teil, für die Sensitivität der Testistumoren gegenüber Cisplatin verantwortlich sein.

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.

The presence of iodinated contrast agents amplifies DNA radiation damage in computed tomography

The purpose of this study was to determine the influence of iodinated contrast agents on the formation of DNA double-strand breaks in vitro in lymphocytes and to verify these results in patients undergoing diagnostic computed tomography examinations. Blood samples were irradiated in vitro in the presence of iodinated X-ray contrast agent. Controls were irradiated without contrast agent. Fourteen patients were investigated using contrast-enhanced computed tomography (CT), and 14 other patients with unenhanced CT. Blood samples were taken prior to and 5 min and 1, 2 and 24 h after the CT examination. In these blood samples the average number of γH2Ax-foci per lymphocyte was enumerated by fluorescence microscopy. Statistical differences between foci numbers developed in the presence and absence of contrast agent were tested using an independent sample t-test. In vitro foci numbers after irradiation were significantly higher when contrast agent was present during irradiation. In vivo, γH2Ax-foci levels were 58% higher in patients undergoing contrast-enhanced CT compared with those undergoing unenhanced CT. In the presence of iodinated contrast agents DNA, damage is increased and the radiation dose is not the only factor affecting the amount of DNA damage. Individual patient characteristics and biological dosimetry applications, e.g. the analysis of γH2Ax-foci, have to be considered.

Assembling Multiporphyrin Stacks Inside the DNA Double Helix

Double stranded DNA hybrids containing up to four consecutive, face-to-face stacked porphyrins are described. Non-nucleosidic, 5,15-bisphenyl-substituted porphyrin building blocks were incorporated into complementary oligonucleotide strands. Upon hybridization multiple porphyrins are well accommodated inside the DNA scaffold without disturbing the overall B-DNA structure. The formation of double strands containing up to four free base porphyrins is enabled without compromising duplex stability. UV/vis, fluorescence, and CD spectroscopy demonstrate the formation of porphyrins H-aggregates inside the DNA double helix and provide evidence for the existence of strong excitonic coupling between interstrand stacked porphyrins. H-aggregation results in considerable fluorescence quenching. Most intense CD effects are observed in stacks containing four porphyrins. The findings demonstrate the value of DNA for the controlled formation of molecularly defined porphyrin aggregates.

Intravenous Iodinated Contrast Agents Amplify DNA Radiation Damage at CT

PURPOSE To determine the effect of the use of iodinated contrast agents on the formation of DNA double-strand breaks during chest computed tomography (CT). MATERIALS AND METHODS This study was approved by the institutional review board, and written informed consent was obtained from all patients. This single-center study was performed at a university hospital. A total of 179 patients underwent contrast material-enhanced CT, and 66 patients underwent unenhanced CT. Blood samples were taken from these patients prior to and immediately after CT. In these blood samples, the average number of phosphorylated histone H2AX (γH2AX) foci per lymphocyte was determined with fluorescence microscopy. Significant differences between the number of foci that developed in both the presence and the absence of the contrast agent were tested by using an independent sample t test. RESULTS γH2AX foci levels were increased in both groups after CT. Patients who underwent contrast-enhanced CT had an increased amount of DNA radiation damage (mean increase ± standard error of the mean, 0.056 foci per cell ± 0.009). This increase was 107% ± 19 higher than that in patients who underwent unenhanced CT (mean increase, 0.027 foci per cell ± 0.014). CONCLUSION The application of iodinated contrast agents during diagnostic x-ray procedures, such as chest CT, leads to a clear increase in the level of radiation-induced DNA damage as assessed with γH2AX foci formation.

DNA incisions stimulate genetic instability of triplet repeat sequences related to human hereditary neurological diseases

The molecular mechanisms responsible for the expansion and deletion of trinucleotide repeat sequences (TRS) are the focus of our studies. Several hereditary neurological diseases including Huntington's disease, myotonic dystrophy, and fragile X syndrome are associated with the instability of TRS. Using the well defined and controllable model system of Escherichia coli, the influences of three types of DNA incisions on genetic instability of CTG•CAG repeats were studied: DNA double-strand breaks (DSB), single-strand nicks, and single-strand gaps. The DNA incisions were generated in pUC19 derivatives by in vitro cleavage with restriction endonucleases. The cleaved DNA was then transformed into E. coli parental and mutant strains. Double-strand breaks induced deletions throughout the TRS region in an orientation dependent manner relative to the origin of replication. The extent of instability was enhanced by the repeat length and sequence (CTG•CAG vs. CGG•CCG). Mutations in recA and recBC increased deletions, mutations in recF stabilized the TRS, whereas mutations in ruvA had no effect. DSB were repaired by intramolecular recombination, versus an intermolecular gene conversion or crossover mechanism. 30 nt gaps formed a distinct 30 nt deletion product, whereas single strand nicks and gaps of 15 nts did not induce expansions or deletions. Formation of this deletion product required the CTG•CAG repeats to be present in the single-stranded region and was stimulated by E. coli DNA ligase, but was not dependent upon the RecFOR pathway. Models are presented to explain the DSB induced instabilities and formation of the 30 nucleotide deletion product. In addition to the in vitro creation of DSBs, several attempts to generate this incision in vivo with the use of EcoR I restriction modification systems were conducted. ^

E2F1's role in ultraviolet-induced DNA damage response

The E2F1 transcription factor is a well-known regulator of cell proliferation and apoptosis, but its role in the DNA damage response is less clear. It has been shown that E2F1 becomes stabilized in response to DNA double strand breaks (DSBs) and accumulates at sites of DSBs. This process requires ATM kinase and serine 31 phosphorylation, which provides a binding site for TopBp1. However, the role of E2F1 at sites of DNA damage is not clear. We expanded the study of E2F1's role in the DNA damage response by exploring its functions in ultraviolet (UV) induced DNA damage, and identified that E2F1 promotes DNA repair and cell survival. To further investigate the mechanisms underlying our findings, we examined the possibility for direct involvement of E2F1 in DNA repair. We found that E2F1 localizes to sites of UV irradiation-induced DNA damage dependent on the ATR kinase and serine 31 of E2F1. E2F1 also associates with the GCN5 histone acetyltransferase in response to UV irradiation and recruits GCN5 to sites of DNA damage. This correlates with an increase in histone H3 lysine 9 (H3K9) acetylation and chromatin relaxation. In the absence of E2F1 or GCN5, nucleotide excision repair (NER) proteins do not efficiently localize to sites of UV damage and DNA repair is impaired. E2F1 mutants unable to bind DNA or activate transcription retain the ability to stimulate NER. These findings demonstrate a non-transcriptional role for E2F1 in DNA repair involving GCN5-mediated H3K9 acetylation and increased accessibility to the NER machinery. ^

Understanding the roles of Non-homologous end joining and p53 after DNA damage

The inability to maintain genomic stability and control proliferation are hallmarks of many cancers, which become exacerbated in the presence of unrepaired DNA damage. Such genotoxic stresses trigger the p53 tumor suppressor network to activate transient cell cycle arrest allowing for DNA repair; if the damage is excessive or irreparable, apoptosis or cellular senescence is triggered. One of the major DNA repair pathway that mends DNA double strand breaks is non-homologous end joining (NHEJ). Abrogating the NHEJ pathway leads to an accumulation of DNA damage in the lymphoid system that triggers p53-mediated apoptosis; complete deletion of p53 in this system leads to aggressive lymphomagenesis. Therefore, to study the effect of p53-dependent cell cycle arrest, we utilized a hypomorphic, separation-of-function mutant, p53p/p, which completely abrogates apoptosis yet retains partial cell cycle arrest ability. We crossed DNA ligase IV deficiency, a downstream ligase crucial in mending breaks during NHEJ, into the p53p/p background (Lig4-/-p53p/p). The accumulation of DNA damage activated the p53/p21 axis to trigger cellular senescence in developing lymphoid cells, which absolutely suppressed tumorigenesis. Interestingly, these mice progressively succumb to severe diabetes. Mechanistic analysis revealed that spontaneous DNA damage accumulated in the pancreatic b-cells, a unique subset of endocrine cells solely responsible for insulin production to regulate glucose homeostasis. The genesis of adult b-cells predominantly occurs through self-replication, therefore modulating cellular proliferation is an essential component for renewal. The progressive accumulation of DNA damage, caused by Lig4-/-, activated p53/p21-dependent cellular senescence in mutant pancreatic b-cells that lead to islet involution. Insulin levels subsequently decreased, deregulating glucose homeostasis driving overt diabetes. Our Lig4-/-p53p/p model aptly depicts the dichotomous role of cellular senescence—in the lymphoid system prevents tumorigenesis yet in the endocrine system leads to the decrease of insulin-producing cells causing diabetes. To further delineate the function of NHEJ in pancreatic b-cells, we analyzed mice deficient in another component of the NHEJ pathway, Ku70. Although most notable for its role in DNA damage recognition and repair within the NHEJ pathway, Ku70 has NHEJ-independent functions in telomere maintenance, apoptosis, and transcriptional regulation/repression. To our surprise, Ku70-/-p53p/p mutant mice displayed a stark increase in b-cell proliferation, resulting in islet expansion, heightened insulin levels and hypoglycemia. Augmented b-cell proliferation was accompanied with the stabilization of the canonical Wnt pathway, responsible for this phenotype. Interestingly, the progressive onset of cellular senescence prevented islet tumorigenesis. This study highlights Ku70 as an important modulator in not only maintaining genomic stability through NHEJ-dependent functions, but also reveals a novel NHEJ-independent function through regulation of pancreatic b-cell proliferation. Taken in aggregate, these studies underscore the importance for NHEJ to maintain genomic stability in b-cells as well as introduces a novel regulator for pancreatic b-cell proliferation.

Branch migration during Rad51-promoted strand exchange proceeds in either direction

The Saccharomyces cerevisiae Rad51 protein is important for genetic recombination and repair of DNA double-strand breaks in vivo and can promote strand exchange between linear double-stranded DNA and circular single-stranded DNA in vitro. However, unlike Escherichia coli RecA, Rad51 requires an overhanging complementary 3′ or 5′ end to initiate strand exchange; given that fact, we previously surmised that the fully exchanged molecules resulted from branch migration in either direction depending on which type of end initiated the joint molecule. Our present experiments confirm that branch migration proceeds in either direction, the polarity depending on whether a 3′ or 5′ end initiates the joint molecules. Furthermore, heteroduplex DNA is formed rapidly, first at the overhanging end of the linear double-stranded DNA’s complementary strand and then more slowly by progressive lengthening of the heteroduplex region until strand exchange is complete. Although joint molecule formation occurs equally efficiently when initiated with a 3′ or 5′ overhanging end, branch migration proceeds more rapidly when it is initiated by an overhanging 3′ end, i.e., in the 5′ to 3′ direction with respect to the single-stranded DNA.

Analysis of variable (diversity) joining recombination in DNAdependent protein kinase (DNA-PK)-deficient mice reveals DNA-PK-independent pathways for both signal and coding joint formation

Previous studies have suggested that ionizing radiation causes irreparable DNA double-strand breaks in mice and cell lines harboring mutations in any of the three subunits of DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) (the catalytic subunit, DNA-PKcs, or one of the DNA-binding subunits, Ku70 or Ku86). In actuality, these mutants vary in their ability to resolve double-strand breaks generated during variable (diversity) joining [V(D)J] recombination. Mutant cell lines and mice with targeted deletions in Ku70 or Ku86 are severely compromised in their ability to form coding and signal joints, the products of V(D)J recombination. It is noteworthy, however, that severe combined immunodeficient (SCID) mice, which bear a nonnull mutation in DNA-PKcs, are substantially less impaired in forming signal joints than coding joints. The current view holds that the defective protein encoded by the murine SCID allele retains enough residual function to support signal joint formation. An alternative hypothesis proposes that DNA-PKcs and Ku perform different roles in V(D)J recombination, with DNA-PKcs required only for coding joint formation. To resolve this issue, we examined V(D)J recombination in DNA-PKcs-deficient (SLIP) mice. We found that the effects of this mutation on coding and signal joint formation are identical to the effects of the SCID mutation. Signal joints are formed at levels 10-fold lower than in wild type, and one-half of these joints are aberrant. These data are incompatible with the notion that signal joint formation in SCID mice results from residual DNA-PKcs function, and suggest a third possibility: that DNA-PKcs normally plays an important but nonessential role in signal joint formation.

RAD50 function is essential for telomere maintenance in Arabidopsis

We have identified and characterized an Arabidopsis thaliana rad50 mutant plant containing a T-DNA insertion in the AtRAD50 gene and showing both meiotic and DNA repair defects. We report here that rad50/rad50 mutant cells show a progressive shortening of telomeric DNA relative to heterozygous rad50/RAD50 controls and that the mutant cell population rapidly enters a crisis, with the majority of the cells dying. Surviving rad50 mutant cells have longer telomeres than wild-type cells, indicating the existence in plants of an alternative RAD50-independent mechanism for telomere maintenance. These results report the role of a protein essential for double-strand break repair in telomere maintenance in higher eukaryotes.

Excision of 8-oxoguanine within clustered damage by the yeast OGG1 protein

Clustered damages are formed in DNA by ionising radiation and radiomimetic anticancer agents and are thought to be biologically severe. 7,8-dihydro-8-oxoguanine (8-oxoG), a major DNA damage resulting from oxidative attack, is highly mutagenic leading to a high level of G·C→T·A transversions if not previously excised by OGG1 DNA glycosylase/AP lyase proteins in eukaryotes. However, 8-oxoG within clustered DNA damage may present a challenge to the repair machinery of the cell. The ability of yeast OGG1 to excise 8-oxoG was determined when another type of damage [dihydrothymine, uracil, 8-oxoG, abasic (AP) site or various types of single-strand breaks (SSBs)] is present on the complementary strand 1, 3 or 5 bases 5′ or 3′ opposite to 8-oxoG. Base damages have little or no influence on the excision of 8-oxoG by yeast OGG1 (yOGG1) whereas an AP site has a strong inhibitory effect. Various types of SSBs, obtained using either oligonucleotides with 3′- and 5′-phosphate termini around a gap or through conversion of an AP site with either endonuclease III or human AP endonuclease 1, strongly inhibit excision of 8-oxoG by yOGG1. Therefore, this large inhibitory effect of an AP site or a SSB may minimise the probability of formation of a double-strand break in the processing of 8-oxoG within clustered damages.

Human securin, hPTTG, is associated with Ku heterodimer, the regulatory subunit of the DNA-dependent protein kinase

We have previously isolated the hpttg proto-oncogene, which is expressed in normal tissues containing proliferating cells and in several kinds of tumors. In fact, expression of hPTTG correlates with cell proliferation in a cell cycle-dependent manner. Recently it was reported that PTTG is a vertebrate analog of the yeast securins Pds1 and Cut2, which are involved in sister chromatid separation. Here we show that hPTTG binds to Ku, the regulatory subunit of the DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). hPTTG and Ku associate both in vitro and in vivo and the DNA-PK catalytic subunit phosphorylates hPTTG in vitro. Furthermore, DNA double-strand breaks prevent hPTTG–Ku association and disrupt the hPTTG–Ku complexes, indicating that genome damaging events, which result in the induction of pathways that activate DNA repair mechanisms and halt cell cycle progression, might inhibit hPTTG–Ku interaction in vivo. We propose that hPTTG might connect DNA damage-response pathways with sister chromatid separation, delaying the onset of mitosis while DNA repair occurs.