The Physiology and/or Pathophysiology of Chromatin ADP-ribosylation at Sites of DNA Damage

Abstract

Hlavním cílem tohoto doktorského projektu bylo zkoumat odlišné role ADP-ribosylace v místech jednořetězcových zlomů DNA. Tato rozmanitá posttranslační modifikace podněcuje se- stavení opravného aparátu, což je klíčový krok pro efektivní opravu DNA. ADP-ribosylace je pouze dočasná modifikace a její rychlé odstranění je zprostředkováno několika glykohydrolázami. Přísná regulace metabolismu ADP-ribózy je proto nezbytná pro udržení buněčné homeostázy a přežívání buněk a jeho dysregulace je spojena s neurologickými poruchami. Hromadění jednořetězcových zlomů způsobené ztrátou proteinu XRCC1, klíčového faktoru opravné dráhy těchto zlomů, vede k nadměrné poly-ADP-ribosylaci v mozku Xrcc1Nes-Cre myší. Prokázali jsme, že tato poly-ADP-ribosylace je závislá na PARP1 a vede k depleci NAD+ , což prav- děpodobně přispívá k aberantní Ca2+ signalizaci v hipokampálních neuronech a k rozvoji záchvatů. Serinová ADP-ribosylace je nejhojnější formou této modifikace po indukci jednořetězcových zlomů, což naznačuje důležitou roli v jejich opravě. PARP1 a PARP2 modifikují serinové zbytky v přítomnosti kofaktoru HPF1. Naše data neočekávaně ukázala, že HPF1 je z velké části pro opravu jednořetězcových zlomů a pro buněčné přežití po poškození DNA postradatelný. Předpokládáme, že serinová mono-ADP-ribosylace na histonech...

The primary objective of this doctoral project was to investigate the distinct roles of ADP-ribo- sylation at sites of DNA single-strand breaks (SSBs). This diverse post-translational modification promotes the assembly of the DNA repair machinery, a crucial step for efficient DNA repair. ADP- ribosylation is highly transient, and its rapid removal is mediated by several glycohydrolases. Tight regulation of ADP-ribose metabolism is therefore essential for cellular homeostasis and survival, and its dysregulation is linked to neurological disorders. Accumulation of SSBs caused by the loss of XRCC1 protein, a key factor in the single-strand break repair (SSBR) pathway, leads to excessive poly-ADP-ribosylation in the brain of Xrcc1Nes-Cre mice. We demonstrated that this poly-ADP-ribosylation is PARP1-dependent and results in NAD+ depletion, likely contributing to aberrant Ca2+ signaling in hippocampal neurons and to seizure development. Serine ADP-ribosylation is the most abundant form of this modification following SSB inducti- on, suggesting an important role in SSBR. Serine residues are modified by PARP1 and PARP2 in the presence of their co-factor HPF1. Unexpectedly, our data revealed that HPF1 is largely dispensable for SSBR and for cellular survival after DNA damage. We propose that serine mono-...