Репаративная ДНК-полимераза eta (Polη) играет ключевую роль в мутагенезе при низких дозах УФ-облучения у дрожжей Saccharomyces cerevisiae

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

В нормальных условиях и при воздействии малых доз мутагенов ключевым способом борьбы с повреждениями ДНК у бактериальных и эукариотических клеток является система толерантности к повреждениям ДНК (ТПД). Две различные ветви ТПД, ошибочная (translesion synthesis – TLS) и безошибочная (рекомбинационная), функционируют во всех эукариотических организмах. TLS вовлекает белковый комплекс полимеразы дзета (Polζ) (кодируемый генами REV1, REV3 и REV7) и полимеразу эта (Polη) (кодируемую геном RAD30); эти полимеразы эволюционно консервативны от дрожжей до человека. Мы показали, что при низких уровнях доз УФ-излучения решающую роль в мутагенезе играет высокая активность Polη, которая обходит подавляющее число оказавшихся на пути репликативной машины повреждений ДНК. Как в случае облучения высокими, так и низкими дозами УФ-лучей большую роль в индуцированном мутагенезе играет чекпойнт. Однако функции генов, участвующих в регуляции УФ-индуцированного мутагенеза при низких и высоких дозах, часто различаются. Инактивация гена RAD30 при низких дозах приводит к повышенному уровню индуцированного мутагенеза, а при высоких дозах мутагенез практически не отличается от уровня штамма дикого типа. Делеции генов HIM1, HSM3 и HIF1, наоборот, снижают высокий уровень мутагенеза, характерный для высоких доз, до уровня штамма дикого типа при низких дозах. Эти различия, по-видимому, характеризуют локальный и глобальный чекпойнт.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Алексеева

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Курчатовский геномный центр – ПИЯФ

Автор, ответственный за переписку.
Email: alekseeva_ea@pnpi.nrcki.ru
Россия, Ленинградская область, Гатчина, 188300; Ленинградская область, Гатчина, 188300

Т. А. Евстюхина

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Курчатовский геномный центр – ПИЯФ

Email: alekseeva_ea@pnpi.nrcki.ru
Россия, Ленинградская область, Гатчина, 188300; Ленинградская область, Гатчина, 188300

И. И. Скобелева

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”

Email: alekseeva_ea@pnpi.nrcki.ru
Россия, Ленинградская область, Гатчина, 188300

В. Т. Пешехонов

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Курчатовский геномный центр – ПИЯФ

Email: alekseeva_ea@pnpi.nrcki.ru
Россия, Ленинградская область, Гатчина, 188300; Ленинградская область, Гатчина, 188300

В. Г. Королев

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова Национального исследовательского центра “Курчатовский институт”; Курчатовский геномный центр – ПИЯФ

Email: alekseeva_ea@pnpi.nrcki.ru
Россия, Ленинградская область, Гатчина, 188300; Ленинградская область, Гатчина, 188300

Список литературы

  1. Lazzaro F., Giannattasio M., Puddu F. et al. Checkpoint mechanisms at the intersection between DNA damage and repair // DNA Repair. 2009. V. 8. P. 1055–1067. doi: 10.1016/j.dnarep.2009.04.022
  2. Prakash L. Characterization of postreplication repair in Saccharomyces cerevisiae and effects of rad6, rad18, rev3 and rad52 mutations // Mol. Gen. Genet. 1981. V. 184. P. 471–478. doi: 10.1007/BF00352525
  3. Baynton K., Bresson-Roy A., Fuchs R.P.P. Analysis of damage tolerance pathways in Saccharomyces cerevisiae: A requirement for Rev3 DNA polymerase in translesion synthesis // Mol. Cell. Biol. 1998. V. 18. P. 960–966. doi: 10.1128/MCB.18.2.960
  4. Hishida T., Kubota Y., Carr A.M., Iwasaki H. RAD6–RAD18–RAD5-pathway-dependent tolerance to chronic low-dose ultraviolet light // Nature. 2009. V. 457. P. 612–615. doi: 10.1038/nature07580
  5. Huang D., Piening B.D., Paulovich A.G. The preference for error-free postreplication repair in Saccharomyces cerevisiae exposed to low-dose methyl methanesulfonate is cell cycle dependent // Mol. Cell. Biol. 2013. V. 33. P. 1515–1527. doi: 10.1128/MCB01392-12
  6. Zhang H., Lawrence C.W. The error-free component of the RAD6/RAD18 DNA damage tolerance pathway of budding yeast employs sister-strand recombination // Proc. Natl Acad. Sci. USA. 2005. V. 102. P. 15954–15959. doi: 10.1073/pnas.0504586102
  7. Forey R., Poveda A., Sharma S. et al. Mec1 is activated at the onset of normal S phase by low-dNTP pools impending DNA replication // Mol. Cell. 2020. V. 78. P. 396–410. doi: 10.1016/molcel.2020.02.021
  8. Tercero J.A., Longhese M.P., Diffley J.F. A central role for DNA replication forks in checkpoint activation and response // Mol. Cell. 2003. V. 11. P. 1323–1336. doi: 10.1016/s1097-2765(03)00169-2
  9. Захаров И.А., Кожин С.А., Кожина Т.А. и др. Сборник методик по генетике дрожжей-сахаромицетов. Л.: Наука, 1984, изд. 2-е. 144 с.
  10. Fedorova I.V., Kovaltzova S.V., Gracheva L.M. et al. Requirement of HSM3 gene for spontaneous mutagenesis in Saccharomyces cerevisiae // Mutat. Res. 2004. V. 554. P. 65–75. doi: 10.1016/j.mrfmmm.2004.03.003
  11. Evstyukhina T.A., Alekseeva E.A., Fedorov D.V. et al. Genetic analysis of the Hsm3 protein function in yeast Saccharomyces cerevisiae NuB4 complex // Genes. 2021. V. 12. doi: 10.3390/ genes12071083
  12. Evstyukhina T.A., Alekseeva E.A., Peshekhonov V.T. et al. The role of chromatin assembly factors in induced mutagenesis at low levels of DNA damage // Genes. 2023. V. 14. doi: 10.3390/genes14061242
  13. Johnson R.E., Prakash S., Prakash L. Efficient bypass of a thymine-thymine dimer by yeast DNA polymerase, Polη // Science. 1999. V. 283. P. 1001–1004. doi: 10.1126/science.283.5404.1001
  14. Prakash S., Johnson R.E., Prakash L. Eukaryotic translesion synthesis DNA polymerases: specificity of structure and function // Annu. Rev. Biochem. 2005. V. 74. P. 317–353. doi: 10.1146/annurev.biochem.74.082803.133250
  15. Wang Z., Xiao W. Distinct requirement for budding yeast Rev1 and Polη in translesion DNA synthesis across different types of DNA damage // Curr. Genet. 2020. V. 5. P. 1019–1028. doi: 10.1007/s00294-020-01092-w
  16. Kozmin S.G., Pavlov Y.I., Kunkel T.A., Sage E. Roles of Saccharomyces cerevisiae DNA polymerases Polη and Polζ in response to irradiation by simulated sunlight // Nucl. Acids Res. 2003. 2003. V. 31. P. 4541–4552. doi: 10.1093/nar/gkg489
  17. Sobolevska A., Halas A., Plachta M. et al. Regulation of the abudance of Y-family polymerases in the cell cycle of budding yeast in response to DNA damage // Curr. Genet. 2020. V. 66. P. 749–763. doi: 10.1007/s00294-020-01061-3
  18. Alekseeva E.A., Evstyukhina T.A., Peshekhonov V.T. et al. The Role of the RPD3 complex of Saccharomyces cerevisiae yeast in the activation of UV-induced expression of RNR complex genes // J. Biomed. Res. Environ. Sc. 2024. V. 5. P. 360–372. doi: 10.37871/jbres1902
  19. Alekseeva E.A., Evstyukhina T.A., Peshekhonov V.T., Korolev V.G. Participation of the HIM1 gene of yeast Saccharomyces cerevisiae in the error-free branch of post-replicative repair and role Polη in him1-dependent mutagenesis // Curr. Genet. 2021. V. 67. P. 141–151. doi: 10.1007/s00294-020-01115-6
  20. Zhao X., Chabes A., Domkin V. et al. The ribonucleotide reductase inhibitor Sml1 is a new target of the Mec1/Rad53 kinase cascade during growth and in response to DNA damage // EMBO J. 2001. V. 20. P. 3544–3553. doi: 10.1093/emboj/20.13.3544
  21. Chabes A., Georgieva B., Domkin V. et al. Survival of DNA damage in yeast directly depends on increased dNTP levels allowed by relaxed feedback inhibition of ribonucleotide reductase // Cell. 2003. V. 112. P. 391–401. doi: 10.1016/s0092-8674(03)00075-8
  22. Haracska L., Johnson R.E., Prakash L., Prakash S. Efficient and accurate replication in the presence of 7,8-dihidro-8-oxoguanine bt DNA polymerase eta // Nature genet. 2000. V. 25. P. 458–461. doi: 10.1038/78169
  23. Watanabe K., Tateishi S., Kawasuji M. et al. Rad18 guides poleta to replication stalling sites through physical interaction and PCNA monoubiquitination // EMBO J. 2004. V. 23. P. 3886–3896. doi: 10.1038/sj.emboj.7600383.
  24. Durando M., Tateishi S., Vaziri C. A non-catalytic role of DNA polymerase eta in recruiting Rad18 and promoting PCNA monoubiquitination at stalled replication forks // Nucl. Acids Res. 2013. V. 41. P. 3079–3093. doi: 10.1093/nar/gkt016
  25. Ripley B.M., Gildenberg M.S., Washington M.T. Control of DNA damage bypass by ubiquitylation of PCNA // Genes. 2020. V. 11. P. 138. doi.org/10.3390/genes11020138
  26. Fedorova I.V., Gracheva L.M., Kovaltzova S.V. et al. The yeast HSM3 gene acts in one of the mismatch repair pathways // Genetics. 1998. V. 148. P. 963–973. doi: 10.1093/genetics/148.3.963

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Чувствительность к УФ-свету и частота УФ-индуцированного мутагенеза в локусе CAN1 у штамма дикого типа и мутантных штаммов rad30Δ, pms1Δ и pms1Δ rad30Δ при обработке дозами 7, 14 и 21 Дж/м² ультрафиолетового излучения. На графиках показаны стандартные ошибки среднего значения (± SEM), полученные в результате пяти независимых экспериментов.

Скачать (178KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Чувствительность к УФ-свету и частота УФ-индуцированного мутагенеза в локусе CAN1 у штамма дикого типа и мутантных штаммов rad30Δ, him1Δ и him1Δ rad30Δ при обработке дозами 7, 14 и 21 Дж/м² ультрафиолетового излучения. На графиках показаны стандартные ошибки среднего значения (± SEM), полученные в результате пяти независимых экспериментов.

Скачать (189KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Относительная нормализованная экспрессия гена RNR3 в штамме дикого типа и мутантных штаммах him1Δ и hif1Δ до и после облучения их ультрафиолетовым светом (после УФ-облучения клетки выдерживали в течение четырех часов при 30 °C в термостате для индукции), доза УФ-излучения составляла 14 Дж/м²; * р < 0,05, t-критерий Стьюдента.

Скачать (108KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Чувствительность к УФ-свету и частота УФ-индуцированного мутагенеза в локусе CAN1 у штамма дикого типа и мутантных штаммов rad30Δ, hsm3Δ, hif1Δ, hsm3Δ rad30Δ и hif1Δ rad30Δ при обработке дозами 7, 14 и 21 Дж/м² ультрафиолетового излучения. На графиках показаны стандартные ошибки среднего значения (± SEM), полученные в результате пяти независимых экспериментов.

Скачать (253KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Чувствительность к УФ-свету и частота УФ-индуцированного мутагенеза в локусе CAN1 у штамма дикого типа и мутантных штаммов rad30Δ, sml1Δ, rad53 + HA-F, sml1Δ rad30Δ и rad53 + HA-F rad30Δ при обработке дозами 7, 14 и 21 Дж/м² ультрафиолетового излучения. На графиках показаны стандартные ошибки среднего значения (± SEM), полученные в результате пяти независимых экспериментов.

Скачать (230KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Чувствительность к УФ-свету и частота УФ-индуцированного мутагенеза в локусе CAN1 у штамма дикого типа и мутантного штамма hat1Δ при обработке дозами 7, 14 и 21 Дж/м² ультрафиолетового излучения. На графиках показаны стандартные ошибки среднего значения (± SEM), полученные в результате пяти независимых экспериментов.

Скачать (139KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024