Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen trong Saccharomyces cerevisiae

Luận án tiến sĩ khám phá vai trò sirtuins Hst3p và Hst4p trong điều hòa ổn định bộ gen. Nghiên cứu cơ chế deacetylase histone H3 lysine 56 và ảnh hưởng đến sửa chữa DNA.

Trường ĐH

The Johns Hopkins University

Chuyên ngành

Molecular Biology and Genetics

Tác giả

Luan An

Thể loại

Luận án

Năm xuất bản

Số trang

197

Thời gian đọc

30 phút

Lượt xem

0

Lượt tải

0

Phí lưu trữ

50 Point

Tóm tắt nội dung

I. Sirtuins Hst3p và Hst4p Vai trò điều hòa bộ gen

Sirtuins đại diện cho họ protein deacetylase phụ thuộc NAD+ có tính bảo tồn cao. Họ protein này kiểm soát nhiều quá trình sinh học cơ bản. Nấm men Saccharomyces cerevisiae chứa năm thành viên: Sir2p và Hst1-4p. Các protein này quan trọng cho điều hòa im lặng phiên mã và ổn định bộ gen. Hst3p và Hst4p là hai sirtuins dư thừa với vai trò chính trong duy trì ổn định bộ gen. Chúng kiểm soát ổn định bộ gen thông qua điều hòa mức độ acetyl hóa histone H3 lysine 56. Vị trí này nằm ở bề mặt lõi nucleosome. K56 được acetyl hóa trong pha S của chu kỳ tế bào. Quá trình này góp phần vào các cơ chế sửa chữa hoạt động trong nhân đôi DNA. Cuối pha S, K56 của histone H3 bị deacetyl hóa phụ thuộc Hst3p và Hst4p. Thất bại trong deacetyl hóa K56 dẫn đến khuyết tật tăng trưởng, nhạy cảm với tác nhân gây tổn thương DNA và mất nhiễm sắc thể ở tế bào hst3 hst4.

1.1. Cấu trúc họ protein sirtuins trong nấm men

Saccharomyces cerevisiae mang năm thành viên họ sirtuin. Sir2p đại diện cho thành viên nguyên thủy. Hst1p, Hst2p, Hst3p và Hst4p là các homolog. Tất cả đều là NAD-dependent deacetylase. Chúng xúc tác phản ứng deacetyl hóa protein phụ thuộc NAD+. Cấu trúc này bảo tồn cao qua nhiều loài sinh vật. Mỗi sirtuin có chức năng đặc hiệu riêng biệt trong tế bào.

1.2. Chức năng đặc trưng của Hst3p và Hst4p

Hst3p và Hst4p hoạt động dư thừa với nhau. Vai trò chính là duy trì ổn định bộ gen. Chúng điều hòa acetyl hóa histone H3 tại lysine 56. Vị trí K56 nằm ở lõi bề mặt nucleosome. Đây là vị trí quan trọng cho cấu trúc chromatin. Hoạt động deacetylase của hai protein này cần thiết cho chu kỳ tế bào bình thường.

1.3. Tầm quan trọng trong điều hòa biểu sinh

Sirtuins kiểm soát các quá trình biểu sinh quan trọng. Chúng điều hòa im lặng phiên mã ở nhiều vùng nhiễm sắc thể. Hoạt động deacetylase ảnh hưởng cấu trúc chromatin. Điều này tác động trực tiếp đến biểu hiện gen. Hst3p và Hst4p đặc biệt quan trọng cho ổn định bộ gen. Chúng ngăn ngừa tổn thương DNA và mất nhiễm sắc thể.

II. Histone H3 Lysine 56 Mục tiêu điều hòa chính

Histone H3 lysine 56 là mục tiêu deacetyl hóa chính của Hst3p và Hst4p. Vị trí này acetyl hóa trong pha S của chu kỳ tế bào. Acetyl hóa K56 góp phần vào quá trình sửa chữa DNA trong nhân đôi. Cuối pha S, K56 bị deacetyl hóa bởi Hst3p và Hst4p. Chu kỳ acetyl hóa-deacetyl hóa này quan trọng cho ổn định bộ gen. Thất bại deacetyl hóa K56 gây nhiều hậu quả nghiêm trọng. Tế bào hst3 hst4 thiếu khả năng deacetyl hóa K56 hiệu quả. Điều này dẫn đến khuyết tật tăng trưởng rõ rệt. Tế bào trở nên nhạy cảm với tác nhân gây tổn thương DNA. Mất nhiễm sắc thể xảy ra với tần suất cao hơn. Đột biến K56 thành arginine khôi phục kiểu hình bình thường. Điều này chứng minh vai trò trực tiếp của acetyl hóa K56.

2.1. Vị trí và cấu trúc của K56 trong nucleosome

Lysine 56 nằm ở lõi bề mặt nucleosome. Vị trí này tiếp xúc trực tiếp với DNA. K56 nằm trong vùng core domain của histone H3. Cấu trúc này cho phép K56 tương tác với DNA quấn quanh nucleosome. Acetyl hóa tại vị trí này thay đổi tương tác histone-DNA. Điều này ảnh hưởng ổn định cấu trúc nucleosome và khả năng tiếp cận DNA.

2.2. Chu kỳ acetyl hóa K56 trong pha S

K56 được acetyl hóa đặc hiệu trong pha S. Quá trình này diễn ra đồng thời với nhân đôi DNA. Acetyl hóa K56 hỗ trợ lắp ráp chromatin mới. Histone mới tổng hợp mang K56 acetyl hóa. Điều này tạo điều kiện cho việc kết hợp vào nucleosome. Acetyl hóa K56 cũng hỗ trợ cơ chế sửa chữa DNA trong pha S.

2.3. Deacetyl hóa K56 phụ thuộc Hst3p Hst4p

Cuối pha S, Hst3p và Hst4p deacetyl hóa K56. Quá trình này loại bỏ nhóm acetyl khỏi lysine 56. Deacetyl hóa cần hoạt động NAD-dependent deacetylase. Hst3p và Hst4p hoạt động dư thừa trong quá trình này. Thiếu cả hai protein ngăn deacetyl hóa K56 hiệu quả. Duy trì K56 acetyl hóa sau pha S gây bất ổn bộ gen.

III. Hậu quả thiếu Hst3p và Hst4p trên ổn định gen

Tế bào thiếu Hst3p và Hst4p biểu hiện nhiều kiểu hình bất thường. Khuyết tật tăng trưởng là hậu quả rõ ràng nhất. Tế bào hst3 hst4 phát triển chậm hơn tế bào dại. Nhạy cảm với tác nhân gây tổn thương DNA tăng đáng kể. Các tác nhân như MMS, HU, camptothecin gây độc mạnh. Mất nhiễm sắc thể xảy ra với tần suất cao. Điều này chỉ ra bất ổn bộ gen nghiêm trọng. Đột biến K56R (arginine) khôi phục kiểu hình bình thường. Điều này chứng minh acetyl hóa K56 gây ra các khuyết tật. Phản ứng tổn thương DNA được kích hoạt liên tục. Tế bào hst3 hst4 nhạy cảm với rối loạn nhân đôi DNA. Tương tác chết tổng hợp với đột biến gen sửa chữa DNA rất phổ biến. Điều này cho thấy vai trò quan trọng trong duy trì toàn vẹn bộ gen.

3.1. Khuyết tật tăng trưởng và nhạy cảm DNA

Tế bào hst3 hst4 phát triển chậm rõ rệt. Tốc độ phân chia giảm so với tế bào dại. Khuyết tật này liên quan trực tiếp đến K56 acetyl hóa. Đột biến K56R khôi phục tốc độ tăng trưởng bình thường. Tế bào hst3 hst4 cực kỳ nhạy cảm với tác nhân gây tổn thương DNA. MMS và hydroxyurea gây độc mạnh ở nồng độ thấp.

3.2. Mất nhiễm sắc thể và bất ổn bộ gen

Tần suất mất nhiễm sắc thể tăng trong tế bào hst3 hst4. Điều này chỉ ra lỗi trong phân ly nhiễm sắc thể. Bất ổn bộ gen biểu hiện qua nhiều cơ chế khác nhau. Tái tổ hợp không mong muốn xảy ra thường xuyên hơn. Đột biến tích lũy với tốc độ cao hơn. Toàn vẹn cấu trúc nhiễm sắc thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng.

3.3. Kích hoạt phản ứng tổn thương DNA

Tế bào hst3 hst4 kích hoạt checkpoint tổn thương DNA liên tục. Điều này cho thấy tế bào nhận diện K56 acetyl hóa như tổn thương. Các protein checkpoint như Rad53p được phosphoryl hóa. Phản ứng này xảy ra ngay cả không có tổn thương DNA ngoại sinh. Kích hoạt checkpoint kéo dài ảnh hưởng chu kỳ tế bào và sửa chữa DNA.

IV. Tương tác với phức hợp RFC và PCNA trong nhân đôi DNA

Khuyết tật tăng trưởng của tế bào hst3 hst4 được cứu vãn bởi tăng biểu hiện RFC1. RFC1 mã hóa tiểu đơn vị lớn của RFC, một clamp loader. RFC nạp PCNA (sliding clamp) lên DNA trong nhân đôi. Điều thú vị là xóa CTF18 cũng cứu vãn khuyết tật tăng trưởng. Xóa RAD24 và ELG1 có hiệu quả thấp hơn nhưng vẫn có tác dụng. CTF18, RAD24 và ELG1 mã hóa tiểu đơn vị lớn của RFC thay thế. Mỗi phức hợp chia sẻ bốn tiểu đơn vị nhỏ (Rfc2p-Rfc5p) với Rfc1p. Chu kỳ acetyl hóa-deacetyl hóa K56 điều hòa cân bằng chức năng giữa các phức hợp RFC khác nhau. K56 acetyl hóa ảnh hưởng tương tác PCNA-chromatin. Điều này tác động đến hiệu quả nhân đôi và sửa chữa DNA. Mất cân bằng RFC gây rối loạn nhân đôi DNA. Tăng RFC1 bù đắp thiếu hụt do K56 acetyl hóa liên tục.

4.1. RFC1 và vai trò clamp loader chính

RFC1 mã hóa tiểu đơn vị lớn của RFC chính. RFC hoạt động như clamp loader nạp PCNA lên DNA. PCNA là sliding clamp cần thiết cho DNA polymerase. Tăng biểu hiện RFC1 cứu vãn khuyết tật hst3 hst4. Điều này cho thấy RFC1 bù đắp thiếu hụt chức năng. Cân bằng RFC-PCNA quan trọng cho nhân đôi DNA hiệu quả.

4.2. Phức hợp RFC thay thế CTF18 RAD24 ELG1

CTF18, RAD24 và ELG1 tạo phức hợp RFC thay thế. Mỗi phức hợp có tiểu đơn vị lớn riêng. Chúng chia sẻ bốn tiểu đơn vị nhỏ Rfc2p-Rfc5p. Xóa CTF18 cứu vãn mạnh khuyết tật hst3 hst4. RAD24 và ELG1 deletion có hiệu quả thấp hơn. Các phức hợp này cạnh tranh cho tiểu đơn vị chung.

4.3. Mô hình điều hòa cân bằng RFC

Chu kỳ K56 acetyl hóa-deacetyl hóa điều hòa cân bằng RFC. Acetyl hóa K56 ảnh hưởng tương tác chromatin-PCNA. Điều này thay đổi ưu tiên sử dụng các phức hợp RFC. K56 acetyl hóa liên tục làm mất cân bằng RFC. Tăng RFC1 hoặc giảm RFC thay thế khôi phục cân bằng. Cơ chế này quan trọng cho ổn định bộ gen.

V. Cơ chế NAD dependent deacetylase của sirtuins

Sirtuins là NAD-dependent protein deacetylase độc đáo. Chúng khác với histone deacetylase phụ thuộc kẽm. Phản ứng deacetyl hóa cần NAD+ làm đồng cơ chất. NAD+ bị phân cắt trong quá trình phản ứng. Sản phẩm bao gồm nicotinamide, 2-O-acetyl-ADP-ribose và protein deacetyl hóa. Túi gắn nicotinamide trong Hst3p cần thiết cho hoạt tính. Đột biến trong túi này loại bỏ khả năng deacetyl hóa K56. Điều này chứng minh hoạt tính deacetylase trực tiếp điều hòa K56. Cơ chế phụ thuộc NAD+ liên kết hoạt động sirtuin với trạng thái năng lượng tế bào. Tỷ lệ NAD+/NADH ảnh hưởng hoạt tính enzyme. Điều này cho phép sirtuins hoạt động như cảm biến chuyển hóa. Hoạt động này kết nối điều hòa biểu sinh với trạng thái dinh dưỡng tế bào.

5.1. Cấu trúc túi gắn NAD và nicotinamide

Sirtuins có túi gắn NAD+ được bảo tồn cao. Túi này chứa các amino acid quan trọng cho xúc tác. Nicotinamide binding pocket đặc biệt quan trọng. Đột biến trong túi này loại bỏ hoạt tính deacetylase. Hst3p với túi nicotinamide đột biến không điều hòa K56. Điều này chứng minh cần hoạt tính enzymatic trực tiếp.

5.2. Phản ứng deacetyl hóa phụ thuộc NAD

Deacetyl hóa sirtuin cần NAD+ làm đồng cơ chất. NAD+ bị phân cắt thành nicotinamide và ADP-ribose. Nhóm acetyl chuyển lên ADP-ribose tạo 2-O-acetyl-ADP-ribose. Protein substrate được deacetyl hóa trong quá trình này. Phản ứng này khác hoàn toàn HDAC phụ thuộc kẽm. Cơ chế độc đáo này cho phép điều hòa bởi NAD+.

5.3. Liên kết với trạng thái chuyển hóa tế bào

NAD+ là phân tử trung tâm trong chuyển hóa năng lượng. Tỷ lệ NAD+/NADH phản ánh trạng thái oxy hóa-khử tế bào. Hoạt tính sirtuin phụ thuộc vào tỷ lệ này. NAD+ cao kích hoạt sirtuins mạnh hơn. Điều này liên kết điều hòa biểu sinh với dinh dưỡng. Sirtuins hoạt động như cảm biến chuyển hóa điều chỉnh biểu hiện gen.

VI. Ý nghĩa sinh học và ứng dụng tiềm năng nghiên cứu

Nghiên cứu Hst3p và Hst4p cung cấp hiểu biết sâu về điều hòa ổn định bộ gen. Cơ chế acetyl hóa-deacetyl hóa K56 bảo tồn qua nhiều loài. Homolog của Hst3p/Hst4p ở động vật có vú cũng điều hòa K56. Điều này cho thấy tầm quan trọng tiến hóa của cơ chế này. Sirtuins liên quan đến lão hóa, ung thư và bệnh thoái hóa thần kinh. Hiểu cơ chế hoạt động giúp phát triển liệu pháp mới. Điều chỉnh hoạt tính sirtuin có thể cải thiện ổn định bộ gen. Điều này có ứng dụng trong điều trị ung thư và bệnh liên quan tuổi. Mô hình nấm men cung cấp hệ thống nghiên cứu đơn giản. Saccharomyces cerevisiae cho phép phân tích di truyền chi tiết. Phát hiện về RFC và PCNA mở hướng nghiên cứu mới. Cân bằng các yếu tố nhân đôi DNA có thể là mục tiêu điều trị.

6.1. Bảo tồn tiến hóa cơ chế điều hòa K56

Acetyl hóa K56 bảo tồn từ nấm men đến động vật có vú. Homolog của Hst3p/Hst4p ở người cũng điều hòa K56. SIRT6 ở động vật có vú deacetyl hóa H3K56. Cơ chế này quan trọng cho ổn định bộ gen ở tất cả sinh vật nhân thực. Bảo tồn cao cho thấy tầm quan trọng sinh học cơ bản.

6.2. Liên quan đến bệnh tật và lão hóa

Sirtuins liên quan chặt chẽ đến quá trình lão hóa. Hoạt động sirtuin giảm theo tuổi ở nhiều mô. Rối loạn sirtuin liên quan đến ung thư. Bất ổn bộ gen do thiếu deacetyl hóa K56 thúc đẩy ung thư. Bệnh thoái hóa thần kinh cũng liên quan sirtuins. Điều chỉnh hoạt tính sirtuin có tiềm năng điều trị.

6.3. Ứng dụng trong phát triển liệu pháp mới

Hiểu cơ chế sirtuin mở đường phát triển thuốc mới. Chất kích hoạt sirtuin có thể cải thiện ổn định bộ gen. Điều này hữu ích trong điều trị ung thư. Điều chỉnh cân bằng RFC có thể là mục tiêu điều trị. Mô hình nấm men giúp sàng lọc thuốc hiệu quả. Nghiên cứu cơ bản này có ứng dụng lâm sàng tiềm năng.

Xem trước tài liệu
Tải đầy đủ để xem toàn bộ nội dung
Luận án tiến sĩ: Regulation of genomic stability by Saccharomyces cerevisiae sirtuins Hst3p and Hst4p

Tải xuống file đầy đủ để xem toàn bộ nội dung

Tải đầy đủ (197 trang)

Trích đoạn nội dung luận án

Tải xuống để đọc toàn bộ

Regulation of genomic stability by S. cerevisiae sirtuins Hst3p and Hst4p by Ivana Celic A dissertation submitted to The Johns Hopkins University in conformity with the requirements for the degree of Doctor of Philosophy Baltimore, Maryland June, 2006 UMI Number: 3243300 UMI Microform 3243300 Copyright 2007 by ProQuest Information and Learning Company. All rights reserved. This microform edition is protected against unauthorized copying under Title 17, United States Code.

ProQuest Information and Learning Company 300 North Zeeb Road P. Box 1346 Ann Arbor, MI 48106-1346 Abstract The Sir2 proteins, also known as sirtuins, represent a large and highly conserved family of NAD+-dependent protein deacetylases that control various fundamental biological processes. The baker’s yeast, Saccharomyces cerevisiae, has five members of this family, Sir2p and Hst1-4p, important for regulation of transcriptional silencing and genomic stability. Hst3p and Hst4p are two redundant sirtuins with the major role in maintenance of genomic stability.

They control genomic stability by regulating the level of acetylation of histone H3 lysine 56. This residue, present in the core of the nucleosome surface, is acetylated during the S phase of the cell cycle and contributes to the repair processes active during DNA replication. At the end of the S phase, K56 of histone H3 is deacetylated in a Hst3p- and Hst4p-dependent manner. Failure to deacetylate K56 leads to a growth defect, sensitivity to DNA-damaging agents and chromosome loss in hst3 hst4 cells.

These phenotypes can be suppressed by mutation of K56 into the nonacetylable residue arginine. Failure to deacetylate K56 also leads to activation of the DNA-damage response and renders hst3 hst4 cells sensitive to perturbations in DNA replication, repair and checkpoint function as is evident from numerous synthetic lethality interactions that hst3 hst4 cells display with mutations in the genes that regulate these processes. The growth defect of hst3 hst4 cells can be suppressed by overexpression of RFC1, the large subunit of RFC, a “clamp loader” that loads PCNA, the “sliding clamp” onto DNA during DNA replication. Interestingly, the growth defect of hst3 hst4 cells can also be suppressed by deletion of CTF18 and, somewhat less efficiently, RAD24 and ELG1.

CTF18, RAD24 and ELG1 all encode large subunits of alternative RFCs, each of ii which shares four smaller subunits (Rfc2p-Rfc5p) with Rfc1p. We propose that ongoing cycles of K56 acetylation and deacetylation contribute to the regulation of the functional equilibrium between different RFC complexes in the cell. (Thesis Advisor and Reader) Professor Department of Molecular Biology and Genetics Johns Hopkins University School of Medicine Brendan Cormack, Ph. (Thesis Reader) Associate Professor Department of Molecular Biology and Genetics Johns Hopkins University School of Medicine iii Acknowledgements This has been a very, very long ride and many people have helped me during this time in different ways.

I would like to thank my advisor, Jef Boeke, for giving me opportunity to work in his lab, for his patience and support over all these years. I am grateful to my committee members, Carol Greider, Cynthia Wolberger and Brendan Cormack for words of encouragement and letting me graduate after all. I am very grateful to Alain Verreault and his postdoctoral fellow Hiroshi Masumoto, who originally discovered that Hst3p and Hst4p regulated histone K56 acetylation, for their generosity in sharing results and willingness to collaborate. Also, many thanks go to Wendell Griffith, who has done some great MS analysis of K56 acetylation.

I thank the Boeke lab members for making the Boeke lab nice place to work. I had a great opportunity to overlap with some exceptional graduate students, Eric Bolton, Jeffrey Han and Siew-Loon Ooi, who thought me lot of little tricks of the trade. I thank to my friends, some close, some far away, who made these years more bearable. Special thanks goes to Jeff Han, for his support and many, many moments of happiness he brought in my life.

My deepest gratitude goes to my family, my parents, my sister and my grandmothers for being always there for me no matter what. My parents have sacrificed a lot to put me through school and ultimately to get me here and I will be always indebted for that. My sister and my grandmothers helped as much as they could. I am, also, very grateful to my sister for taking good care of my parents.

It has given me great peace of mind over these years. iv Table of Contents Page Title Page i Abstract ii Acknowledgments iv Table of Contents v List of Figures and Tables viii Chapter 1: Introduction 1 Chapter 2: The sirtuins Hst3p and Hst4p control histone H3 lysine 56 acetylation 23 Introduction 24 Results 26 Hst3 and Hst4 control histone H3 K56 acetylation during the cell cycle 26 The nicotinamide binding pocket of Hst3 is necessary for regulation of histone H3 K56 acetylation 27 The phenotypes of hst3 hst4 mutant cells are caused by high levels of H3 K56 acetylation 30 The histone chaperone Asf1p is needed for H3 K56 acetylation 32 Hst3p can trigger K56Ac deacetylation in mature chromatin 33 Discussion 35 Experimental Procedures 51 v Chapter 3: Cells lacking Hst3p and Hst4p activate the DNA damage response due to the presence of chronic DNA damage and display genetic interaction with genes involved in DNA metabolism 63 Introduction 64 Results 66 hst3 hst4 cells slow down cell-cycle progression in response to replication inhibition and DNA damage 66 hst3 hst4 cells activate DNA damage checkpoint in the absence of exogenous DNA damage 67 hst3 hst4 mutant depends on replication checkpoint for viability 69 Increased H2A serine 129 phosphorylation in hst3 hst4 cells 71 hst3 hst4 require subset of DNA repair proteins for viability 72 Overexpression of Rfc1p, large subunit of DNA clamp loader, suppresses phenotypes of hst3 hst4 cells 73 Discussion 76 Experimental procedures 96 References 107 Appendices 130 Appendix A: A phylogenetically conserved NAD+-dependent protein deacetylase activity in the Sir2 protein family 131 Appendix B: Chemistry of gene silencing: the mechanism of NAD+-dependent deacetylation reactions 138 Appendix C: Telomeric and rDNA silencing in Saccharomyces cerevisiae vi are dependent on a nuclear NAD+ salvage pathway 147 Appendix D: SIRT3, a human SIR2 homologue, is an NAD+-dependent deacetylase localized to mitochondria 161 Appendix E: Structure of a Sir2 enzyme bound to an acetylated p53 peptide 168 Appendix F: Sir2-dependent activation of acetyl-CoA synthetase by deacetylation of active lysine 182 Curriculum Vitae 186 vii List of Figures Page Figure 1. Phylogenetic tree of sirtuins. Proposed catalytic mechanism of Sir2 proteins.

Schematic alignment of S. Alignment of Hst3p, Hst4p and selected sirtuins. Hst3p and Hst4p control histone H3 K56 acetylation during the cell cycle. Effect of nicotinamide on the acetylation of histone H3 K56.

Mutation in invariant residues of Hst3p affects K56 acetylation level and function of Hst3p in vivo. The phenotypes of hst3 hst4 double mutants are substantially suppressed by mutation of histone H3 K56 into arginine. The hht1-K56R mutation suppresses the mitotic chromosome loss phenotype of hst3 hst4 mutant cells. The Asf1p histone chaperone is needed for H3 K56Ac.

Effects of rapid inactivation of Hst3p on H3 K56 deacetylation. Induction of Hst3p synthesis leads to H3 K56 deacetylation in mature chromatin. Abnormal distribution of histone H3 K56 acetylation with respect to replication forks is likely responsible for the DNA damage sensitivity of hst3 hst4 mutant cells. Drugs sensitivities of hst3 hst4 mutants.

Like wild-type cells, hst3 hst4 cells slow down DNA replication when exposed to MMS. Like wild-type cells, hst3 hst4 cells do not elongate their mitotic spindles when exposed to HU. Induction of RNR3 and HUG1 in hst3 hst4 cells. Hyperphosphorylation of Rad53p in hst3 hst4 cells.

hst3 hst4 cells required functional DNA replication checkpoint for viability. hst3 hst4 cells display increased level of histone H2A Ser128 phosphorylation. Synthetic lethality analysis with hst3 hst4 and suppression with H3 K56R. Overexpression of RFC1 suppresses growth defect, Ts phenotype and HU sensitivity of hst3 hst4 cells.

Overexpression of Rfc1p does not affect histone H3 K56 acetylation level in hst3 hst4 cells. Suppression of hst3 hst4 growth defect and Ts phenotype by inactivation of RAD24, but not RAD9. Suppression of hst3 hst4 growth defect and Ts phenotype by inactivation of alternative RFC complexes. List of the genes whose expression was changed in hst3 hst4 cells.

Synthetic lethal analysis with hst3 hst4. 95 ix Chapter 1 Introduction 1 Protein acetylation and deacetylation have emerged over the past decade or two as important posttranslational mechanisms regulating various aspects of cellular biology. This regulation is carried out through the action of protein acetylases, which modify the ε-NH2 of lysine residues and their counterparts, the protein deacetylases, which remove acetyl groups (Kouzarides, 2000; Kurdistani and Grunstein, 2003). The Sir2 family of proteins is an integral part of this regulatory network.

Sir2 proteins deacetylate lysine residues in histones and other proteins in a very unique enzymatic reaction that requires nicotinamide adenine dinucleotide (NAD+) (Imai et al., 2000; Landry et al., 2000b; Smith et al. The deacetylation reaction catalyzed by Sir2 proteins is absolutely dependent on NAD+. This is what differentiates Sir2 proteins as class III deacetylases, distinct from class I and class II deacetylases that don’t require NAD+ and deacetylate proteins through a more simple hydrolysis mechanism (Finnin et al. Presently, it is not known why sirtuins deacetylate proteins in such an energetically costly mechanism, but it has been suggested that sirtuins may represent a cellular NAD+ sensor linking metabolism to other aspects of cellular physiology, like genome stability, aging, apoptosis and differentiation.

Sir2 proteins or sirtuins form a large and highly conserved protein family. All three kingdoms of life, archea, bacteria and eukaryotes, are represented within the sirtuin family (Figure 1. Some organisms have only one sirtuin, while others have multiple paralogs, for example yeast with five (Brachmann et al., 1995) and mammals with 7 paralogs (Frye, 1999; Frye, 2000). All sirtuins share a conserved catalytic core domain necessary for the NAD+-dependent deacetylation reaction.

Sir2 proteins differ significantly in their N- and C-terminal extensions, which range from non- 2 existent, for example in archeal sirtuins, to very long ones, like in S. These extensions mediate member-specific functions like protein localization, as in the case of human SirT3 which is targeted to mitochondria by its N-terminal extension (Onyango et al., 2002; Schwer et al., 2002), formation of multiprotein complexes with specialized function, as in the case of S.cerevisiae Sir2p, which exists in the form of at least two functionally different protein complexes within a cell (Ghidelli et al., 2001) or they have an autoregulatory function, as in the case of S. cerevisiae Hst2p in which N and C-terminal domain have inhibitory activity by binding to the catalytic core intermolecularly and intramolecularly, respectively (Zhao et al. Phylogenetic tree of sirtuins (published with permission by William Hawse and Cynthia Wolberger).

4 Sirtuins catalyze NAD+-dependent deacetylation of lysine residues in proteins (Imai et al., 2000; Landry et al., 2000b; Smith et al. During this reaction, the glycosidic bond between the C1’ atom of ribose and nicotinamide moiety in NAD+ is cleaved to generate, in addition to the deacetylated lysine residue, free nicotinamide and acetyl-ADP ribose (APDR) (Sauve et al., 2001; Tanner et al., 2000; Tanny and Moazed, 2001). NMR and mass-spectrophotometric analysis of the Sir2 deacetylation product revealed that actual product is 2’- and 3’-acetyl-ADP ribose (Sauve et al. 2’-acetyl-ADP ribose is the first product of the reaction followed by non-enzymatic conversion to 3’- acetyl-ADP ribose to a final equilibrium ratio of 47:67 for the 2’ and 3’ stereoisomers.

Labeling experiments with H218O, MS and NMR analysis led Sauve et al. (Sauve et al., 2001) to propose the mechanism (Figure 1.2), which involves the nucleophilic attack by the carbonyl oxygen of the acetyl-lysine on the C1’ carbon of the nicotinamide ribose (N- ribose) in NAD+. This step involves formation of the highly reactive riboxacarbenium ion that captures the acyl oxygen of acetyl-lysine to generate a 1’-O-alkyl-amidate, followed by the attack of the N-ribose 2’hydroxyl (2’OH) to form a 1’, 2’-acyloxonium structure, which is the precursor for 2’-acetyl-ADP ribose formation.

Nội dung được bảo vệ bản quyền — Tải xuống đầy đủ

Từ khóa và chủ đề nghiên cứu


Câu hỏi thường gặp

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" nghiên cứu về vấn đề gì?

Luận án tiến sĩ khám phá vai trò sirtuins Hst3p và Hst4p trong điều hòa ổn định bộ gen. Nghiên cứu cơ chế deacetylase histone H3 lysine 56 và ảnh hưởng đến sửa chữa DNA.

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" được bảo vệ tại trường nào?

Luận án này được bảo vệ tại The Johns Hopkins University. Năm bảo vệ: 2006.

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" thuộc chuyên ngành gì?

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" thuộc chuyên ngành Molecular Biology and Genetics. Danh mục: Công Nghệ Sinh Học.

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" có bao nhiêu trang?

Luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" có 197 trang. Bạn có thể xem trước một phần tài liệu ngay trên trang web trước khi tải về.

Cách tải luận án "Sirtuins Hst3p và Hst4p điều hòa ổn định bộ gen" về máy như thế nào?

Để tải luận án về máy, bạn nhấn nút "Tải xuống ngay" trên trang này, sau đó hoàn tất thanh toán phí lưu trữ. File sẽ được tải xuống ngay sau khi thanh toán thành công. Hỗ trợ qua Zalo: 0559 297 239.

Luận án liên quan

Chia sẻ tài liệu: Facebook Twitter