New molecular mechanisms of genome integrity in human cells

Abstract

Integrita genomu závisí na DNA opravných dráhách koordinovaných s organizací chromatinu a regulovaných jadernou kompartmentalizací. Cílem této disertační práce bylo odhalit nové molekulární mechanismy, které závisí na signalizaci zprostředkované ubikvitinací a fosforylací. Ukazujeme, že RAD18 společně se SLF1 podporují opravu homologní rekombinací vazbou na histon H2A ubikvitinovaný na lysinu 15 a histon H4 nemetylovaný na lysinu 20 čímž cílí na postreplikační chromatin v blízkosti oblastí DNA zlomu. Lokalizace RAD18 je závislá na buněčném cyklu a je inhibována autoubiquitinací zprostředkovanou RAD6. Funkční analýza FANCG variant odhalila, že monoalelické mutace významně nezvyšují riziko dědičné rakoviny prsu či vaječníků. Dále jsme popsali nové prostorově regulované funkce fosfatázy PPM1D. Na telomerách PPM1D defosforyluje TRF2 na serinu 410, čímž ovlivňuje složení shelterin komplexu reguluje dostupnost telomerické DNA pro reparační faktory. V jadérku PPM1D antagonizuje kasein kináze 2 a defosforyluje nestrukturované repetice TCOF1. Tím ovlivňuje kondenzaci TCOF1 v jadérku a moduluje jeho interakci s RNA polymerázou I, čímž podporuje transkripci ribosomální RNA. Chromatinové profilování ukázalo nabohacení PPM1D na aktivních promotorech a jeho asociaci s komplexy remodelujícími chromatin, což...

Genome integrity is safeguarded by DNA repair pathways coordinated with chromatin organization and regulated by nuclear compartmentalization. Aim of this thesis was to uncover molecular mechanisms by which ubiquitin- and phosphorylation-mediated signaling integrate these processes. We show that RAD18 promotes homologous recombination by jointly recognizing histone H2A K15 ubiquitination and SLF1-mediated binding to histone H4 unmethylated at K20, thereby targeting post-replicative chromatin near DNA end-resection zones. RAD18 localization is cell cycle-dependent and restrained by RAD6-mediated autoubiquitination. Functional analysis of FANCG variants revealed that only truncating alleles impair DNA repair, indicating that monoallelic variants are unlikely to substantially increase breast or ovarian cancer risk. We further define spatially distinct functions of the PPM1D phosphatase. At telomeres, PPM1D dephosphorylates TRF2 at serine 410 to fine-tune composition of the shelterin complex and regulate repair factor accessibility to telomeric DNA. In the nucleolus, PPM1D counteracts CK2-dependent phosphorylation of the TCOF1 repeat domain, a modification essential for TCOF1 condensation and stable RNA polymerase I interaction supporting ribosomal RNA transcription. Chromatin profiling revealed PPM1D...