Proteolytic control of DNA interstrand cross-link repair and genome integrity

DNA 链间交联修复和基因组完整性的蛋白水解控制

基本信息

  • 批准号:
    10358489
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 36.19万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2018
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2018-03-01 至 2024-02-29
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY Genome instability caused by incorrect DNA repair system is a major driver for tumorigenesis. Our long- term goal is to understand how cellular proteolysis controls the pathway responsible for repairing DNA damage, thereby preserving the integrity of the genome. Since homeostasis of DNA repair factors is critical for the activity of DNA repair, elucidating underlying mechanisms for the ubiquitin-proteolytic pathway in DNA repair is essential for understanding the etiology of cancer when it is derailed. We are interested in the mechanisms that link proteolysis to signaling of the Fanconi anemia (FA) DNA repair pathway, which deals with DNA interstrand cross-links (ICL) encountered during DNA replication. Its defects lead to a high risk of multiple cancers due to elevated genome instability, and its aberrant activity is known to influence therapeutic response to cytotoxic chemotherapy that utilizes DNA cross-linking agents including platinum. Thus, knowledge on molecular and genetic factors that control the FA pathway is expected to help us exploit their deregulation for the development of improved cancer therapeutics. One of the fundamental regulatory mechanisms for protein degradation is reversible phosphorylation of protein targets, which marks a protein to be destroyed by ubiquitin-proteasome system. We recently discovered the proteolytic signaling pathway of FAAP20, a key component of the FA core ubiquitin E3 ligase complex necessary for the FA pathway activation, and showed that deregulation of FAAP20 leads to a functional disruption of the FA core complex, impairing the ability of cells to repair DNA ICL lesions. Specifically, we defined SCFFBW7 as an ubiquitin E3 ligase complex responsible for phosphorylation-dependent FAAP20 degradation and demonstrated how its deregulation affects the FA pathway. Our preliminary studies also indicate that phosphorylation-dependent conformational change of FAAP20 regulated by cis-trans isomerase PIN1 modulates ubiquitin signaling of FAAP20 degradation, thereby determining the fate of the FA core complex and influencing the efficiency of DNA ICL repair. Herein, we propose to explicate PIN1-SCFFBW7 proteolytic signaling in controlling the FA pathway and its impact to genome instability. Specifically, we will (1) dissect the signaling pathway of FAAP20 degradation regulated by SCFFBW7, (2) elucidate the mechanisms by which PIN1-driven structural change of FAAP20 functions as a regulatory switch to control FAAP20 stability, and (3) determine the role of PIN1 in regulating DNA ICL repair and the therapeutic response of breast cancer to platinum via FA pathway signaling using cancer cell lines and a mouse model. Together, our studies are expected to reveal the first direct link between a highly deregulated PIN1-SCFFBW7 axis in human cancer and DNA ICL repair. This work will ultimately benefit human health by offering a unique opportunity to design therapeutic interventions that exploit aberrant DNA repair-associated proteolytic signaling in FA-related malignancy and cancer in general.
项目摘要 由不正确的DNA修复系统引起的基因组不稳定性是肿瘤发生的主要驱动力。我们的长期 术语目标是了解细胞蛋白水解如何控制负责修复DNA的途径 损害,从而保留基因组的完整性。由于DNA修复因子的稳态对于 DNA修复的活性,阐明DNA中泛素蛋白溶解途径的潜在机制 修复对于理解癌症的病因是必不可少的。我们对 将蛋白水解连接到Fanconi贫血(FA)DNA修复途径的机制,可处理 在DNA复制过程中遇到的DNA间交联(ICL)。它的缺陷导致高风险 由于基因组不稳定性升高,多种癌症及其异常活性会影响治疗 对使用包括铂在内的DNA交联药物的细胞毒性化学疗法的反应。因此, 关于控制FA途径的分子和遗传因素的知识,有望帮助我们利用它们 放松调节,以发展改善癌症治疗剂。基本监管之一 蛋白质降解的机制是蛋白质靶标的可逆磷酸化,这标志着蛋白质至 被泛素蛋白酶体系统破坏。我们最近发现了蛋白水解信号通路 FAAP20,FA核泛素E3连接酶复合物的关键组成部分是FA途径 激活,并表明FAAP20的放松管制会导致FA核心复合物的功能破坏, 损害细胞修复DNA ICL病变的能力。具体而言,我们将SCFFBW7定义为泛素E3 连接酶复合物负责磷酸化依赖性FAAP20降解,并证明了它的 放松管制会影响FA途径。我们的初步研究还表明磷酸化依赖性 由顺式跨性异构酶PIN1调节的FAAP20的构象变化调节泛素信号传导 FAAP20降解,从而确定FA核心复合物的命运并影响 DNA ICL修复。本文中,我们建议在控制FA时解释PIN1-SCFFBW7蛋白水解信号传导 途径及其对基因组不稳定性的影响。具体而言,我们将(1)解剖FAAP20的信号通路 由SCFFBW7调节的降解,(2)阐明了PIN1驱动的结构变化的机制 FAAP20用作控制FAAP20稳定性的调节转换,(3)确定PIN1在 调节DNA ICL修复和通过FA途径传导乳腺癌对铂的治疗反应 使用癌细胞系和小鼠模型。共同期望我们的研究揭示第一个直接链接 在人类癌症中高度放松的PIN1-SCFFBW7轴和DNA ICL修复之间。这项工作将 最终通过提供独特的机会设计治疗干预措施来利用人类健康 通常,与FA相关的恶性肿瘤和癌症中异常的DNA修复相关蛋白水解信号传导。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Proteolytic control of genome integrity at the replication fork.
复制叉处基因组完整性的蛋白水解控制。
  • DOI:
    10.1016/j.dnarep.2019.102657
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Rageul,Julie;Weinheimer,AlexandraS;Park,JenniferJ;Kim,Hyungjin
  • 通讯作者:
    Kim,Hyungjin
Roles of SDE2 and TIMELESS at active and stalled DNA replication forks.
SDE2 和 TIMELESS 在活跃和停滞的 DNA 复制叉中的作用。
  • DOI:
    10.1080/23723556.2020.1855053
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.1
  • 作者:
    Lo,Natalie;Rageul,Julie;Kim,Hyungjin
  • 通讯作者:
    Kim,Hyungjin
Fanconi anemia and the underlying causes of genomic instability.
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