ADP-ribosylation in ARH3-deficient cells and its impact on cellular functions

Abstract

ADP-ribosylation is a crucial post-translational modification that regulates various cellular processes, including DNA repair. It is catalysed by poly-ADP-ribose polymerases (PARPs) and involves the transfer of ADP-ribose moieties from the redox cofactor NAD+ to proteins, including histones. To maintain cellular homeostasis, ADP-ribose chains need to be rapidly degraded by ADP-ribosyl glycohydrolases. While poly-ADP-ribose glycohydrolase (PARG) is highly efficient, it cannot cleave the terminal ADP-ribose moiety. For the removal of the terminal mono-ADP-ribose, two glycohydrolases, TARG1 and ARH3, are involved. This removal process is necessary because it enables DNA repair factors to access the site of DNA damage. The primary goal of this thesis is to characterise cells derived from patients with homozygous ARH3 mutations and to develop appropriate tools to improve our understanding of the molecular mechanism by which ARH3 mutations affect ADP-ribosylation and how it contributes to the onset of the associated neurological disease. To achieve this, I measured the levels of ARH3 protein and detected increased mono-ADP-ribosylation in ARH3-mutated patient-derived fibroblasts. Furthermore, I assessed the sensitivity of these cells to different PARP inhibitors, which hold potential for the therapeutic...

ADP-ribosylace je běžná postranslační modifikace, která reguluje různé buněčné procesy, včetně oprav poškozené DNA. Tento proces je katalyzován poly-ADP-ribóza polymerázami (PARP) a zahrnuje přenos ADP-ribózových jednotek z redoxního kofaktoru NAD+ na proteiny, včetně histonů. Pro udržení buněčné homeostázy musí být řetězce ADP- ribózy rychle odbourávány ADP-ribosyl glykohydrolázami. Ačkoliv je poly-ADP-ribóza glykohydroláza (PARG) vysoce účinná, nedokáže odštěpit poslední ADP-ribózovou jednotku. Proto se na odstranění terminální mono-ADP-ribózy podílejí dvě glykohydrolázy TARG1 a ARH3. Tento proces odstranění je nezbytný, protože umožňuje přístup opravných faktorů na poškozené místo DNA. Hlavním cílem této práce je charakterizovat buňky získané od pacientů s homozygotními mutacemi ARH3 a vyvinout vhodné nástroje pro lepší pochopení molekulárního mechanismu, kterým mutace ARH3 ovlivňují ADP-ribosylaci, a jak přispívají ke vzniku souvisejícího neurologického onemocnění. Za tímto účelem jsem měřila hladiny proteinu ARH3 a detekovala zvýšenou mono-ADP-ribosylaci ve fibroblastech získaných od pacientů s mutací v ARH3. Dále jsem hodnotila citlivost těchto buněk k různým inhibitorům PARP, které mají potenciál pro terapeutickou léčbu. Pro získání hlubšího vhledu do toho, jak přesně dysregulovaná...