In eukaryotes, most of the genome are transcribed, however only a small proportion of total transcripts encodes for protein, thus resulting in many of noncoding RNAs. In order to recover DNA damage including DNA double-strand breaks (DSBs) eukaryotes have evolved complex mechanisms and these are processed through coordinated mechanisms of protein sensors, transducers, and effectors including RNAs. During recent years, small RNAs have been increasingly studied and gradually considered as key regulators in various aspects of biology. Upon DNA damage, small RNAs including diRNAs (DSB induced RNA) are generated in both plant and human cell lines. Inhibition of their biogenesis has severe influence on DSB repair system.
Chromatin remodeling factors are involved in many cellular processes such as transcription, replication, and DNA damage response by regulating chromatin structure. As one of chromatin remodeling factors, remodeling and spacing factor 1 (RSF1) is recruited at double strand break (DSB) sites and regulates ataxia telangiectasia mutated (ATM) -dependent checkpoint pathway upon DNA damage for the efficient repair. RSF1 is overexpressed in a variety of cancers, but regulation of RSF1 levels remains largely unknown. Here, we showed that protein levels of RSF1 chromatin remodeler are temporally upregulated in response to different DNA damage agents without changing the RSF1 mRNA level. In the absence of SNF2h, a binding partner of RSF1, the RSF1 protein level was significantly diminished. Intriguingly, the level of RSF1-3SA mutant lacking ATM-mediated phosphorylation sites significantly increased, and upregulation of RSF1 levels under DNA damage was not observed in cells overexpressing ATM kinase. Furthermore, failure in the regulation of RSF1 level caused a significant reduction in DNA repair, whereas reconstitution of RSF1, but not of RSF1-3SA mutants, restored DSB repair. Our findings reveal that temporal regulation of RSF1 levels at its post-translational modification by SNF2h and ATM is essential for efficient DNA repair.
Rad51 is a key component of homologous recombination (HR) to repair DNA double-strand breaks and it forms Rad51 recombinase filaments of broken single-stranded DNA to promote HR. In addition to its role in DNA repair and cell cycle progression, Rad51 contributes to the reprogramming process during the generation of induced pluripotent stem cells. In light of this, we performed reprogramming experiments to examine the effect of co-expression of Rad51 and four reprogramming factors, Oct4, Sox2, Klf4, and c-Myc, on the reprogramming efficiency. Co-expression of Rad51 significantly increased the numbers of alkaline phosphatase-positive colonies and embryonic stem cell-like colonies during the process of reprogramming. Co-expression ofRad51 significantly increased the expression of epithelial markers at an early stage of reprogramming compared with control cells. Phosphorylated histone H2AX (${\gamma}H2AX$), which initiates the DNA double-strand break repair system, was highly accumulated in reprogramming intermediates upon co-expression of Rad51. This study identified a novel role of Rad51 in enhancing the reprogramming efficiency, possibly by facilitating mesenchymal-to-epithelial transition and by regulating a DNA damage repair pathway during the early phase of the reprogramming process.
Mihwa Hwang;Dong Wha Jun;Bo Ram Song;Hanna Shim;Chang-Hun Lee;Sunshin Kim
Biomolecules & Therapeutics
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제31권5호
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pp.559-565
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2023
Ataxia-telangiectasia mutated (ATM), a master kinase of the DNA damage response (DDR), phosphorylates a multitude of substrates to activate signaling pathways after DNA double-strand breaks (DSBs). ATM inhibitors have been evaluated as anticancer drugs to potentiate the cytotoxicity of DNA damage-based cancer therapy. ATM is also involved in autophagy, a conserved cellular process that maintains homeostasis by degrading unnecessary proteins and dysfunctional organelles. In this study, we report that ATM inhibitors (KU-55933 and KU-60019) provoked accumulation of autophagosomes and p62 and restrained autolysosome formation. Under autophagy-inducing conditions, the ATM inhibitors caused excessive autophagosome accumulation and cell death. This new function of ATM in autophagy was also observed in numerous cell lines. Repression of ATM expression using an siRNA inhibited autophagic flux at the autolysosome formation step and induced cell death under autophagy-inducing conditions. Taken together, our results suggest that ATM is involved in autolysosome formation and that the use of ATM inhibitors in cancer therapy may be expanded.
V(D)J recombination, a site-specific gene rearrangement process occurring during the lymphocyte development, begins with DNA double strand breaks by two recombination activating gene products (RAG1/2) and finishes with the repair process by several proteins including DNA-dependent protein kinase (DNA-PK). In this report, we found that RAG2 was specifically phosphorylated by DNA-PK at the $365^{th}$ serine residue, and this phosphorylated RAG2 affected the V(D)J recombination activity in cells in the GFP expression-based assay. While the V(D)J recombination activity between wild-type RAG2 and mutant S365A RAG2 in the assay using a signal joint substrate was undistinguishable in DNA-PK deficient cells (M059J), the activity with wild-type RAG2 was largely increased in DNA-PK proficient cells (M059K) in comparison with mutant RAG2, suggesting that RAG2 phosphorylation by DNA-PK plays a crucial role in the signal joint formation during V(D)J recombination.
Cheljong Hong;Jun Hee Han;Gue-Ho Hwang;Sangsu Bae;Pil Joon Seo
BMB Reports
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제57권1호
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pp.66-70
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2024
Prime editors (PEs), which are CRISPR-Cas9 nickase (H840A)-reverse transcriptase fusion proteins programmed with prime editing guide RNAs (pegRNAs), can not only edit bases but also install transversions, insertions, or deletions without both donor DNA and double-strand breaks at the target DNA. As the demand for in-locus tagging is increasing, to reflect gene expression dynamics influenced by endogenous genomic contexts, we demonstrated that PEs can be used to introduce the hemagglutinin (HA) epitope tag to a target gene locus, enabling molecular and biochemical studies using in-locus tagged plants. To promote genome-wide in-locus tagging, we also implemented a publicly available database that designs pegRNAs for in-locus tagging of all the Arabidopsis genes.
Epidermal growth factor receptor (EGFR) overexpression is associated with resistance to chemotherapy and radiotherapy. The EGFR modulates DNA repair after radiation-induced damage through an association with the catalytic subunit of DNA protein kinase. DNA double-strand breaks (DSBs) are the most lethal type of DNA damage induced by ionizing radiation, and non-homologous end joining is the predominant pathway for repair of radiation-induced DSBs. Some cell signaling pathways that respond to normal growth factors are abnormally activated in human cancer. These pathways also invoke the cell survival mechanisms that lead to resistance to radiation. The molecular connection between the EGFR and its control over DNA repair capacity appears to be mediated by one or more signaling pathways downstream of this receptor. The purpose of this mini-review was not only to highlight the relation of the EGFR signal as a regulatory mechanism to DNA repair and radiation resistance, but also to provide clues to improving existing radiation resistance through novel therapies based on the above-mentioned mechanism.
When DNA double-strand breaks (DSBs) were induced in mammalian cells, many DNA damage response proteins are accumulated at damage sites to form nuclear foci called IR-induced foci. Although the formation of foci has been shown to promote repair efficiency, the structural organization of chromatin in foci remains obscure. BAF53 is an actin-related protein which is required for maintenance of chromosome territory. In this study, we show that the formation of IR-induced foci by $\gamma$-H2AX and 53BP1 were reduced when BAF53 is depleted, while DSB- activated ATM pathway and the phosphorylation of H2AX remains intact after DNA damage in BAF53 knockdown cells. We also found that DSB repair efficiency was largely compromised in BAF53 knockdown cells. These results indicate that BAF53 is critical for formation of foci by $\gamma$-H2AX decorated chromatin at damage sites and the structural organization of chromatin in foci is an important factor to achieve the maximum efficiency of DNA repair.
Hu, Jinfang;Zhang, Zhiguo;Zhao, Lei;Li, Li;Zuo, Wei;Han, Lei
BMB Reports
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제52권2호
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pp.151-156
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2019
RAD51 recombinase plays a critical role in homologous recombination and DNA damage repair. Here we showed that expression of RAD51 is frequently upregulated in lung cancer tumors compared with normal tissues and is associated with poor survival (hazard ratio (HR) = 2, P = 0.0009). Systematic investigation of lung cancer cell lines revealed higher expression of RAD51 in KRAS mutant (MT) cells compared to wildtype (WT) cells. We further showed that MT KRAS, but not WT KRAS, played a critical role in RAD51 overexpression via MYC. Moreover, our results revealed that KRAS MT cells are highly dependent on RAD51 for survival and depletion of RAD51 resulted in enhanced DNA double strand breaks, defective colony formation and cell death. Together, our results suggest that mutant KRAS promotes RAD51 expression to enhance DNA damage repair and lung cancer cell survival, suggesting that RAD51 may be an effective therapeutic target to overcome chemo/radioresistance in KRAS mutant cancers.
Non-homologous end joining (NHEJ), and to a lesser extent, the error-free pathway known as homology-directed repair (HDR) are cellular mechanisms for recovery from double-strand DNA breaks (DSB) induced by RNA-guided programmable nuclease CRISPR/Cas. Since NHEJ is equivalent to using a duck tape to stick two pieces of metals together, the outcome of this repair mechanism is prone to error. Any out-of-frame mutations or premature stop codons resulting from NHEJ repair mechanism are extremely handy for loss-of-function studies. Substitution of a mutation on the genome with the correct exogenous repair DNA requires coordination via an error-free HDR, for targeted transgenesis. However, several practical limitations exist in harnessing the potential of HDR to replace a faulty mutation for therapeutic purposes in all cell types and more so in somatic cells. In germ cells after the DSB, copying occurs from the homologous chromosome, which increases the chances of incorporation of exogenous DNA with some degree of homology into the genome compared with somatic cells where copying from the identical sister chromatid is always preferred. This review summarizes several strategies that have been implemented to increase the frequency of HDR with a focus on somatic cells. It also highlights the limitations of this technology in gene therapy and suggests specific solutions to circumvent those barriers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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