Mechanistic insights into oncogene-induced replication stress and its resolution

Abstract

DNA replication is a fundamental process in which the faithful duplication of the genome is essential for cell viability. However, this process is frequently threatened by replication stress, which is defined as the slowing or stalling of ongoing replication forks. This phenomenon is a major source of genome instability and a hallmark of cancer development. In recent years, research has identified R-loops (co-transcriptionally formed RNA:DNA hybrid structures containing a single-stranded DNA loop) and transcription-replication collisions (TRCs) as key drivers of replication stress. If left unresolved, these obstacles can severely impair genome integrity during mitosis, leading to chromosomal instability. In this work, we provide new mechanistic insights into the MUS81-ELL-LIG4 replication restart pathway that operates at sites of R-loop-mediated TRCs to maintain genome stability. Specifically, we identify DDX17 as the helicase responsible for R-loop removal and demonstrate that the primase/polymerase PRIMPOL facilitates replication restart. Furthermore, our work advances the understanding of the causes of R-loop-mediated replication stress. We show that elevated levels of reactive oxygen species (ROS) induce R-loop formation at sites of TRCs in a manner dependent on the replisome-associated ROS...

Replikace DNA je základní buněčný proces, při kterém je přesná duplikace genomu nezbytná pro životaschopnost dceřiných buněk. Tento proces je však často ohrožován replikačním stresem, který je definován jako zpomalení nebo zastavení replikačních vidlic. Tento jev je hlavním zdrojem genomové nestability a charakteristickým znakem rozvoje rakoviny. V posledních letech výzkum identifikoval R-smyčky (jako transkripčně vznikající struktury tvořené RNA:DNA hybridem a jednovláknovou DNA) a kolize mezi transkripcí a replikací jako klíčové faktory přispívající k replikačnímu stresu. Pokud nejsou tyto překážky vyřešeny, mohou během mitózy vážně narušit integritu genomu, což vede k chromozomální nestabilitě. V této práci poskytujeme nové mechanistické poznatky o restartu replikace pomocí MUS81-ELL-LIG4 dráhy, která působí v místech transkripčně-replikačních kolizí asociovaných s R-smyčkami a udržuje stabilitu genomu. Konkrétně jsme identifikovali DDX17 jako helikázu zodpovědnou za odstranění R-smyček a demonstrovali jsme, že primáza/polymeráza PRIMPOL podporuje restart replikace. Naše práce dále prohlubuje pochopení příčin replikačního stresu zprostředkovaného R-smyčkami. Ukazujeme, že zvýšené hladiny reaktivních forem kyslíku (ROS) indukují tvorbu R-smyček v místech transkripčně- replikačních kolizí způsobem...