Mechanisms of replication fork protection and recovery

综述：许多现代化疗药物可通过诱导DNA损伤或干扰DNA来杀死癌细胞 复制、复制和分叉可以逆转这一趋势，以帮助帮助修复因化疗、化疗和化疗而导致的DNA损伤。 BRCA的蛋白质是保护被颠倒的分叉免受核溶解物质降解的关键物质。在没有BRCA的情况下，是这样的。 反转复制的叉子被核酸酶广泛降解，从而导致对化疗的敏感性。此外， 化疗耐药一直被认为与BRCA缺陷的干细胞恢复的能力有关，以保护叉子不受生物退化的影响。 通过各种机制，这一点仍然不清楚。因此，我们无法理解细胞如何保护停滞不前的DNA和复制。 而促进他们的癌症康复对于他们开发新的技术和完善他们的癌症治疗策略至关重要。 在这项申请中，我们将结合邹丽红实验室和文迪尼实验室的专业知识来进一步调查这些机制。 在BRCA1-熟练的DNA(Aim-1)和缺乏DNA的细胞(Aim-2)的细胞中，DNA的复制将产生保护机制和修复机制。 邹丽红的实验室在研究ATR信号转导途径方面拥有丰富的实验经验，这是在实验过程中保持基因组水平稳定的关键。 DNA用于复制。维迪格尼实验室的研究人员已经发现了分叉和逆转途径的主要步骤。在共同努力下，。 我们已经发现了大量参与分叉保护的新的金融参与者。我们正在进行初步的金融研究，以引导我们采取行动。 AIM 1，我们发现ATR在保护停滞/逆转的复制分叉方面发挥着以前未被认识到的重要作用。 从核溶解到降解，在精通BRCA1的细胞中。我们还表明，要想获得更高的效率，ATR是不必要的。 复苏停滞不前的分叉。根据这一前提，我们假设ATR在当地发挥作用，而不是复制停滞的分叉。 为了更好地保护他们免受药物溶解和降解的影响，以及为了促进他们在药物移除后的重新启动，他们的目标是1%。 在BRCA1中确定ATR保护停滞/倒车分叉和促进分叉和重启分叉的机制-- 熟练的叉子。在最新的初步研究中，我们还没有调查过如何保护停滞不前的叉子。 以及它们如何在缺乏BRCA1的细胞中恢复细胞。我们发现，在BRCA1中，它们的复制和分叉被广泛降解。 有缺陷的干细胞可以通过一条由RAD18基因和UBC13基因介导的新途径来恢复细胞。此外，当BRCA1-？ 有缺陷的细胞可以获得PARP抑制剂的耐药性，而不是通过依赖PALB2的细胞机制来恢复对PARP的保护。 这依赖于ATR的活性。值得注意的是，UBC13和PALB2在功能上都与的E3泛素连接酶有关。 RNF168，这增加了UBC13，RNF168，和PALB2可能会在同一条主轴上采取行动，以保护停滞不前的叉子的可能性。 并将独立于BRCA1推动经济复苏。我们假设UBC13和PALB2都有。 在BRCA1基因缺失的情况下，在恢复/保护机制的分叉中扮演了意想不到的角色，它们的主要功能可能无法通过协议联系在一起。 他们还将调查UBC13如何促进BRCA1缺陷的血细胞的恢复，以及PALB2是如何发挥作用的。 ATR将保护BRCA1缺陷的PARP耐药细胞中停滞不前的分叉，以及是否存在UBC13-RNF168- 在BRCA1基本缺席的情况下，PALB2的轴心既促进了保护的分叉，也促进了恢复的分叉。他们共同完成了这些研究。 将在BRCA1-熟练的细胞和缺乏细胞的细胞中改变目前的分叉、稳定和复苏的模式，并提供 这是一种新的治疗药物策略的机械性基础，它可以利用癌症细胞的新复制和压力机制。

Summary:  Many  chemotherapeutics  kill  cancer  cells  by  inducing  DNA  damage  interfering  with  DNA  replication. Replication forks can reverse to aid the repair of DNA damage induced by chemotherapeutics, and  BRCA  proteins  are  key  to  protecting  the  reversed  forks  from  nucleolytic  degradation.  In  absence  of  BRCA,  reversed  replication  forks  are  extensively  degraded  by  nucleases,  leading  to  chemosensitivity.  Moreover,  chemoresistance has been linked to the restored ability of BRCA-­deficient cells to protect forks from degradation  through  mechanisms  that  remain  unclear.  Thus,  understanding  how  cells  protect  stalled  DNA  replication  forks  and promote their recovery is critically important for developing and improving strategies for cancer therapy. In  this application, we combine the expertise from the Zou and Vindigni laboratories to investigate the mechanisms  of  DNA  replication  fork  protection  and  recovery  in  BRCA1-­proficient  (Aim  1)  and  -­deficient  (Aim  2)  cells.  The  Zou lab has extensive experience in the ATR signaling pathway, which is crucial for stabilizing the genome during  DNA replication. The Vindigni lab has discovered principal steps of the fork reversal pathway. Working together,  we  have  uncovered  a  number  of  new  players  involved  in  fork  protection.  In  the  preliminary  studies  leading  to  Aim  1,  we  found  that  ATR plays a  previously unrecognized  role  in protecting  stalled/reversed  replication  forks  from  nucleolytic  degradation  in  BRCA1-­proficient  cells.  We  also  showed  that  ATR  is  required  for  the  efficient  recovery of stalled forks. Based on this premise, we hypothesize that ATR acts locally at stalled replication forks  to protect reversed forks from nucleolytic degradation and to promote their restart after drug removal. Aim 1 will  determine  the  mechanisms by  which  ATR protects  stalled/reversed forks and promotes  fork  restart in  BRCA1-­ proficient cells. In the preliminary studies leading to Aim 2, we have investigated how stalled forks are protected  and how they recover in cells lacking BRCA1. We found that extensively degraded replication forks in BRCA1-­ deficient  cells  can  recover  through  a  pathway  mediated  by  Rad18  and  Ubc13.  Furthermore,  when  BRCA1-­ deficient cells acquire PARP inhibitor resistance, fork protection is restored via a PALB2-­dependent mechanism,  which  relies on ATR  activity.  Notably,  both  Ubc13  and  PALB2  are  functionally  linked  to the  E3  ubiquitin  ligase  RNF168, raising the possibility that Ubc13, RNF168, and PALB2 may act in the same axis to protect stalled forks  and  promote  fork  recovery  independently  of  BRCA1.  We  hypothesize  that  both  Ubc13  and  PALB2  have  unanticipated  roles  in  fork  recovery/protection  in  the  absence  of  BRCA1,  and  their  functions  may  be  linked  by  RNF168.  Aim 2  will  investigate how  Ubc13 promotes  fork  recovery  in BRCA1-­deficient  cells,  how PALB2 and  ATR  protect  stalled  forks  in  BRCA1-­deficient  PARP  inhibitor-­resistant  cells,  and  whether  a  Ubc13-­RNF168-­ PALB2 axis promotes both fork protection and fork recovery in the absence of BRCA1. Collectively, these studies  will transform current models of fork stabilization and recovery in BRCA1-­proficient and -­deficient cells, providing  a mechanistic basis for new therapeutic strategies that exploit the replication stress in cancer cells.