Repairing damaged DNA and removing all physical connections between sister chromosomes is important to ensure proper chromosomal segregation by contributing to chromosomal stability. Here, we show that the depletion of non-SMC condensin I complex subunit H (NCAPH) exacerbates chromosome segregation errors and cytokinesis failure owing to sister-chromatid intertwinement, which is distinct from the ultra-fine DNA bridges induced by DNA inter-strand crosslinks (DNA-ICLs). Importantly, we identified an interaction between NCAPH and GEN1 in the chromatin involving binding at the N-terminus of NCAPH. DNA-ICL activation, using ICL-inducing agents, increased the expression and interaction between NCAPH and GEN1 in the soluble nuclear and chromatin, indicating that the NCAPH-GEN1 interaction participates in repairing DNA damage. Moreover, NCAPH stabilizes GEN1 within chromatin at the G2/M-phase and is associated with DNA-ICL-induced damage repair. Therefore, NCAPH resolves DNA-ICL-induced ultra-fine DNA bridges by stabilizing GEN1 and ensures proper chromosome separation and chromosome structural stability.
Kim, Seung-Yeon;Kim, Ga-Yeon;You, Hyeong-Ju;Kang, Man-Jong
Animal Bioscience
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제35권1호
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pp.126-137
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2022
Objective: Efficient gene editing technology is critical for successful knock-in in domestic animals. RAD51 recombinase (RAD51) gene plays an important role in strand invasion during homologous recombination (HR) in mammals, and is regulated by checkpoint kinase 1 (CHK1) and CHK2 genes, which are upstream elements of RAD51 recombinase (RAD51). In addition, mismatch repair (MMR) system is inextricably linked to HR-related pathways and regulates HR via heteroduplex rejection. Thus, the aim of this study was to investigate whether clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9 (CRISPR/Cas9)-mediated knock-in efficiency of human lactoferrin (hLF) knock-in vector in the bovine β-casein gene locus can be increased by suppressing DNA MMR-related genes (MSH2, MSH3, MSH6, MLH1, and PMS2) and overexpressing DNA double-strand break (DSB) repair-related genes (RAD51, CHK1, CHK2). Methods: Bovine mammary epithelial (MAC-T) cells were transfected with a knock-in vector, RAD51, CHK1, or CHK2 overexpression vector and CRISPR/sgRNA expression vector to target the bovine β-casein gene locus, followed by treatment of the cells with CdCl2 for 24 hours. After 3 days of CdCl2 treatment, the knock-in efficiency was confirmed by polymerase chain reaction (PCR). The mRNA expression levels of DNA MMR-related and DNA DSB repair-related genes were assessed by quantitative real-time PCR (RT-qPCR). Results: Treatment with CdCl2 decreased the mRNA expression of RAD51 and MMRrelated genes but did not increase the knock-in efficiency in MAC-T cells. Also, the overexpression of DNA DSB repair-related genes in MAC-T cells did not significantly affect the mRNA expression of MMR-related genes and failed to increase the knock-in efficiency. Conclusion: Treatment with CdCl2 inhibited the mRNA levels of RAD51 and DNA MMR-related genes in MAC-T cells. However, the function of MMR pathway in relation to HR may differ in various cell types or species.
The regulation of DNA repair genes expression was investigated using fused genes, in which the promoter of repair genes was hybridized with the lacZ structural gene. The activities of beta-galactosidase expressed from the fused gense were highly increased when the host cells were exposed to methylating agents, such as methyl methansulfonate (MMS), N-methyl-N'-nitro-nitrosoguanidine (MNNG) and methyl nitrosourea (MNU). On the other hand, the enzyme activities from the fused genes were not induced when the cells were treated with ethylating or nonalkylating agents, such as ethyl methansulfonate (EMS), 4-nitroquinoline-1-oxide (4NQO), Bleomycin, and Benzo(a)pyrene (BP).
The significance of cell ploidy and repair ability for the radioprotective efficiency of cysteamine was studied in DNA repair - proficient and repair - deficient yeast cells irradiated $^{60}C0\;\gamma-rays.$ Results have been obtained for the cell survival of two groups of yeasts-diplont and haplont cells, both in haploid and diploid states. For diploid Saccharomyces cerevisiae yeast cells, the correlation between the radio-protective action of cysteamine and the cell repair capacity was demonstrated. Such a correlation was not clearly expressed for haploid yeast cells. In addition, evidence was obtained indicating that the degree of the radioprotective action was independent of the number of chromosome sets in haplont yeast Pichia guilliermondii cells and in some radiosensitive mutants defective in the diploid-specific recovery. It is concluded on this basis that the radioprotective action may involve the cellular recovery process, which may be mediated by a recombination-like mechanism, for which the diploid state is required. The results obtained clearly show that the radioprotective effect was dependent on DNA repair status and indicate that the mechanism of the radioprotective action may be realized on the level of primary radiation damage production as well as on the level of postradiation recovery from potentially lethal radiation damage.
본 연구는 출아형 효모 Saccharomyces cerevisiae에서 자외선의 상해 시 이를 정상으로 회복시키는 절제회복 (excision repair) 유전자로 알려진 RADA4의 특성 규명을 위하여 균류 Coprinus cinereus에서 이와 유사한 유전자를 분리하였다. RAD4 유사 유전자를 분리하기 위하여 균류 C. cinereus의 염색체 DNA를 전기영동하여 분리한 다음 효모 RAD4 DNA를 probe로하여 이와 hybridization하였다. 이 결과 RAD4 유사 유전자는 3.2 kb의 insert DNA를 갖고 있었다. 또한 Southern hybridization으로 이 유사 유전자는 fungus C. cinereus의 염색체에 존재함을 확인하였다. 분리한 RAD4 유사 유전자의 전사체 크기는 2.5 kb 였으며, 자외선의 상해 시 전혀 'inducibility가 없음을 Northern hybridization으로 확인하였다. 또한 유사유전자 부분을 삭제하였을 때 이 부분이 없는 세포는 전혀 생존을 못하였다. 이 결과 분리한 RAD4 유사유전자는 세포의 생존에 관여함을 알 수 있었다.
The RAD4 gene is essential for nucleotide excision repair in Saccharomyces cerevisiae. It has been known that the deduced amino acid sequence of Rad4 protein contains three DNA-dependent ATPase/helicase motifs. To determine the biochemical activities and functional role of RAD4 the Rad4 protein was expressed and purified. Immunoblot analysis showed a specific band of 21 kDa, which was well-matched with the size of open reading frame of the RAD4 gene. The purified Rad4 protein had no detectable helicase activity. However, the protein could interact with double stranded oligonucleotides, as judged by mobility shift assay. This result suggests that the Rad4 protein is a DNA binding protein.
Seobin Yoon;Eui-Hwan Choi;Seo Jung Park;Keun Pil Kim
BMB Reports
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제56권2호
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pp.108-113
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2023
Cohesin is a ring-shaped protein complex that comprises the SMC1, SMC3, and α-kleisin proteins, STAG1/2/3 subunits, and auxiliary factors. Cohesin participates in chromatin remodeling, chromosome segregation, DNA replication, and gene expression regulation during the cell cycle. Mitosis-specific α-kleisin factor RAD21 and meiosis-specific α-kleisin factor REC8 are expressed in embryonic stem cells (ESCs) to maintain pluripotency. Here, we demonstrated that RAD21 and REC8 were involved in maintaining genomic stability and modulating chromatin modification in murine ESCs. When the kleisin subunits were depleted, DNA repair genes were downregulated, thereby reducing cell viability and causing replication protein A (RPA) accumulation. This finding suggested that the repair of exposed single-stranded DNA was inefficient. Furthermore, the depletion of kleisin subunits induced DNA hypermethylation by upregulating DNA methylation proteins. Thus, we proposed that the cohesin complex plays two distinct roles in chromatin remodeling and genomic integrity to ensure the maintenance of pluripotency in ESCs.
환경독성물질에 의한 폭로는 세포내 DNA의 수복과정에 영향을 미쳐 돌연변이나 암을 유발할 수 있다. 독성물질에 의해 유도된 DNA의 비정상 수복효과를 판단하기 위하여.in vivo에서 MNNG 또는 Benzo(a)pyrene을 투여하고 in vitro에서 Bleomycin을 처리하여 나타나는 염색체이상효과를 관찰하였다. 실험결과, MNNG를 투여 후 Bleomycin을 처리하였을 때 염색체이상의 상승효과가 나타났다. 한편, Benzo(a)pyrene 투여 후 Bleomycin을 처리하였을 패는 높은 농도에서 염색체이상의 상승효과가 나타났다. 이같은 결과는 MNNG나 Benzo(a)pyrene 같은 유전독성물질들이 in vivo에서 세포내 비정상 DNA수복을 일으킬 수 있으며, 이러한 작용은 관련 유전독성물질의 염색체손상성에 무관하며 투여용량에 의존되는 것으로 판단된다.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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제35권1호
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pp.1-6
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2009
DNA double-strand breaks (DSBs) occur commonly in the all living and in cycling cells. They constitute one of the most severe form of DNA damage, because they affect both strand of DNA. DSBs result in cell death or a genetic alterations including deletion, loss of heterozygosity, translocation, and chromosome loss. DSBs arise from endogenous sources like metabolic products and reactive oxygen, and also exogenous factors like ionizing radiation. Defective DNA DSBs can lead to toxicity and large scale sequence rearrangement that can cause cancer and promote premature aging. There are two major pathways for their repair: homologous recombination(HR) and non-homologous end-joining(NHEJ). The HR pathway is a known "error-free" repair mechanism, in which a homologous sister chromatid serves as a template. NHEJ, on the other hand, is a "error-prone" pathway, in which the two termini of the broken DNA molecule are used to form compatible ends that are directly ligated. This review aims to provide a fundamental understanding of how HR and NHEJ pathways operate, cause genome instability, and what kind of genes during the pathways are associated with head and neck cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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