La AAA+ ATPasa Mgs1/WRNIP1 y su relación con la tolerancia al daño en el DNA durante la replicación cromosómica

• Autores: Alberto Jiménez-Martín
• Directores de la Tesis: José Antonio Tercero Orduña (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad Autónoma de Madrid ( España ) en 2019
• Idioma: español
• Número de páginas: 149
• Tribunal Calificador de la Tesis: Luis Blanco Dávila (presid.), Pedro Antonio San Segundo Nieto (secret.), Teresa Roldan-Arjona (voc.)
• Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Biociencias Moleculares por la Universidad Autónoma de Madrid
• Materias:
  • Ciencias de la vida
    • Biología molecular
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Biblos-e Archivo
• Resumen
  • español

    Los mecanismos de tolerancia al daño en el DNA son esenciales para hacer frente a las lesiones del material genético que permanecen sin reparar durante la fase S e interfieren con las horquillas de replicación. Estos mecanismos contribuyen a que la replicación cromosómica se complete en cada ciclo celular, por lo que tienen un papel muy importante en el mantenimiento de la integridad genómica. En células eucarióticas, la tolerancia al daño en el DNA se lleva a cabo principalmente por la ruta RAD6/RAD18, que se divide en dos ramas que definen dos modos diferentes de acción: síntesis de DNA a través de lesiones, realizada por polimerasas especializadas y frecuentemente mutagénica, e intercambio de molde, normalmente libre de errores, mediada por la E3 ubiquitina ligasa Rad5 en Saccharomyces cerevisiae (HLTF y SHPRH en células humanas) y el complejo E2 conjugador de ubiquitina Ubc13-Mms2.

    En esta tesis doctoral, dentro del análisis de factores que podrían modular la tolerancia al daño en el material genético, encontramos que la eliminación de la AAA+ ATPasa Mgs1 de S. cerevisiae (WRNIP1 en células humanas, RarA/MgsA en bacterias), o de su actividad catalítica, suprimen significativamente la sensibilidad de las células que carecen de Rad5 al tratamiento con agentes que causan daño en el DNA, como el metil metanosulfonato (MMS), o estrés replicativo, como la hidroxiurea (HU). La eliminación de Mgs1 en células rad5D, o la inactivación de su actividad ATPasa, facilitan una vía alternativa al intercambio de molde que permite la replicación cromosómica bajo condiciones de estrés genotóxico en las que las horquillas de replicación quedarían bloqueadas por la ausencia de Rad5. Esta replicación depende de la polimerasa d y de la modificación de PCNA en el residuo Lys164, y está mediada por un modo de recombinación homóloga dependiente de Rad52 y Rad59. Esta ruta alternativa requiere la participación de Esc2 y Elg1, que harían posible la descarga de la anti-recombinasa Srs2 y PCNA sumoilada de las horquillas de replicación en las células mgs1Drad5D, permitiendo localmente la recombinación. La presencia de Mgs1 en células carentes de Rad5 impide esta recombinación, por lo que las horquillas quedan bloqueadas debido a la ausencia del intercambio de molde y de otra vía que permita tolerar las lesiones para finalizar la replicación de los cromosomas. Esta situación se correlaciona con una acumulación de Elg1 en la cromatina en las células rad5D, que podría ser una causa o una consecuencia de la estabilización de PCNA y Srs2 en las horquillas. En células RAD5+, y bajo condiciones de daño en el DNA o estrés replicativo, Mgs1 podría contribuir a inhibir la recombinación homóloga en las horquillas de replicación dañadas o bloqueadas, facilitando así el intercambio de molde como el principal mecanismo de tolerancia al daño en el DNA durante la fase S.

  • English

    DNA damage tolerance mechanisms are essential for coping with lesions of the genetic material that remain unrepaired during S phase and interfere with replication forks.

    These mechanisms contribute to the completion of chromosome replication in every cell cycle, so they have a very important role in maintaining genomic integrity. In eukaryotic cells, the tolerance to DNA damage is mainly carried out by the RAD6/RAD18 pathway, which is divided into two branches that define two different modes of action: translesion DNA synthesis, performed by specialized polymerases and frequently mutagenic, and template switching, normally error-free, mediated by the E3 ubiquitin-ligase Rad5 in Saccharomyces cerevisiae (HLTF and SHPRH in human cells) and the E2 ubiquitinconjugating complex Ubc13-Mms2.

    In this doctoral thesis, as part of the analysis of factors that could modulate the tolerance to DNA damage, we found that the removal of the AAA+ ATPasa Mgs1 of S.

    cerevisiae (WRNIP1 in human cells, RarA/MgsA in bacteria), or its catalytic activity, significantly suppress the sensitivity of cells lacking Rad5 to treatment with DNAdamaging agents, such as methyl methanesulfonate (MMS), or replicative stress, such as hydroxyurea (HU). The elimination of Mgs1 in rad5D cells, or the inactivation of its ATPase activity, facilitate an alternative pathway to template switching that allows chromosomal replication under genotoxic stress conditions that would block replication forks due to the absence of Rad5. This replication depends on the polymerase d and the modification of PCNA in the Lys164 residue, and is mediated by a Rad52- and Rad59- dependent mode of homologous recombination. This alternative pathway requires the participation of Esc2 and Elg1, which would make possible the unloading of the anti-recombinase Srs2 and SUMO-PCNA from replication forks in mgs1Drad5D cells, allowing recombination locally.

    The presence of Mgs1 in cells lacking Rad5 prevents this recombination, so that replication forks are blocked due to the absence of both template switching and another pathway that allows tolerating DNA lesions to complete chromosome replication. This situation correlates with an accumulation of Elg1 in chromatin in rad5D cells, which could be a cause or a consequence of the stabilization of PCNA and Srs2 at forks. In RAD5+ cells, and under conditions of DNA damage or replicative stress, Mgs1 could contribute to inhibit homologous recombination at damaged or stalled replication forks, thus facilitating template switching as the principal mechanism of DNA damage tolerance during S phase