Особенности ответа клеток карциномы лёгких человека А549 с нокаутированным геном PRIMPOL на генотоксический стресс

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

ДНК-праймаза/ДНК-полимераза человека PrimPol синтезирует ДНК-праймеры de novo после остановки репликации в повреждённых участках ДНК, повышая толерантность клеток к повреждениям. Вклад PrimPol в ответ на конкретные типы ДНК-повреждений до конца неясен. В работе были получены клетки карциномы лёгкого А549 с нокаутом гена PRIMPOL,и охарактеризован их ответ на повреждения ДНК, вызванные перекисью водорода, метилметансульфонатом, цисплатином, блеомицином и ионизирующим излучением. Нокаут PRIMPOL снизил количество ДНК-реплицирующих клеток и клеток в G2-фазе клеточного цикла после обработки метилметансульфонатом, а также вызвал более выраженную, по сравнению с клетками дикого типа, задержку в S-фазе в ответ на воздействие цисплатина. Значимое повышение доли апоптозных клеток отмечалось у PRIMPOL-/- клеток в ответ на ионизирующее излучение в дозе 10 Гр, тогда как доля подверженных некроптозу клеток значительно повышалась как в родительских, так и в нокаутных клетках при любой дозе облучения. В условиях окислительного стресса, стимулированного перекисью водорода, нокаут PRIMPOL повысил жизнеспособность клеток, измеренную методом метилтетразолиевого теста (МТТ). Полученные данные указывают на участие PRIMPOL в модулировании стресс-адаптивных реакций на различные типы генотоксического стресса.

Об авторах

А. С Громова

Институт молекулярной генетики, НИЦ Курчатовский институт;Институт биологии гена РАН

123182 Москва, Россия;119334 Москва, Россия

Е. О Болдинова

Институт молекулярной генетики, НИЦ Курчатовский институт;Институт биологии гена РАН

123182 Москва, Россия;119334 Москва, Россия

Д. В Ким

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН;Новосибирский государственный университет

630090 Новосибирск, Россия;630090 Новосибирск, Россия

Р. Н Чупров-неточин

Московский физико-технический институт

141701 Долгопрудный, Россия

С. В Леонов

Московский физико-технический институт;Институт биофизики клетки РАН

141701 Долгопрудный, Россия;142290 Пущино, Россия

М. В Пустовалова

Московский физико-технический институт

141701 Долгопрудный, Россия

Д. О Жарков

Институт химической биологии и фундаментальной медицины СО РАН;Новосибирский государственный университет

Email: dzharkov@niboch.nsc.ru
630090 Новосибирск, Россия;630090 Новосибирск, Россия

А. В Макарова

Институт молекулярной генетики, НИЦ Курчатовский институт;Институт биологии гена РАН

Email: amakarova-img@yandex.ru
123182 Москва, Россия;119334 Москва, Россия

Список литературы

  1. Игнатов А. В., Бондаренко К. А., Макарова А. В. (2017) Необъемные повреждения ДНК у человека: пути образования, репарации и репликации, Acta Naturae, 9, 13-28, doi: 10.32607/20758251-2017-9-3-12-26.
  2. Vaisman, A., and Woodgate, R. (2017) Translesion DNA polymerases in eukaryotes: what makes them tick? Crit. Rev. Biochem. Mol. Biol., 52, 274-303, doi: 10.1080/10409238.2017.1291576.
  3. Jain, R., Aggarwal, A. K., and Rechkoblit, O. (2018) Eukaryotic DNA polymerases, Curr. Opin. Struct. Biol., 53, 77-87, doi: 10.1016/j.sbi.2018.06.003.
  4. Dash, R. C., and Hadden, K. (2021) Protein-protein interactions in translesion synthesis, Molecules, 26, 5544, doi: 10.3390/molecules26185544.
  5. García-Gómez, S., Reyes, A., Martínez-Jiménez, M. I., Chocrón, S., Mourón, S., et al. (2013) PrimPol, an archaic primase/polymerase operating in human cells, Mol. Cell, 52, 541-553, doi: 10.1016/j.molcel.2013.09.025.
  6. Bianchi, J., Rudd, S. G., Jozwiakowski, S. K., Bailey, L. J., Soura, V., et al. (2013) Primpol bypasses UV photoproducts during eukaryotic chromosomal DNA replication, Mol. Cell, 52, 566-573, doi: 10.1016/j.molcel.2013.10.035.
  7. Wan, L., Lou, J., Xia, Y., Su, B., Liu, T., et al. (2013) HPrimpol1/CCDC111 is a human DNA primase-polymerase required for the maintenance of genome integrity, EMBO Rep., 14, 1104-1112, doi: 10.1038/embor.2013.159.
  8. Iyer, L. M., Koonin, E. V., Leipe, D. D., and Aravind, L. (2005) Origin and evolution of the archaeo-eukaryotic primase superfamily and related palm-domain proteins: Structural insights and new members, Nucleic Acids Res., 33, 3875-3896, doi: 10.1093/nar/gki702.
  9. González-Acosta, D., Blanco-Romero, E., Ubieto-Capella, P., Mutreja, K., Míguez, S., et al. (2021) PrimPol-mediated repriming facilitates replication traverse of DNA interstrand crosslinks, EMBO J., 40, e106355, doi: 10.15252/embj.2020106355.
  10. Piberger, A. L., Bowry, A., Kelly, R., Walker, A. K., Gonzalez, D., Bailey, L. J., et al. (2020) PrimPol-dependent single-stranded gap formation mediates homologous recombination at bulky DNA adducts, Nat. Commun., 11, 5863, doi: 10.1038/s41467-020-19570-7.
  11. Butler, T. J., Estep, K. N., Sommers, J. A., Maul, R. W., Moore, A. Z., Bandinelli, S., et al. (2020) Mitochondrial genetic variation is enriched in G-quadruplex regions that stall DNA synthesis in vitro, Hum. Mol. Genet., 29, 1292-1309, doi: 10.1093/hmg/ddaa043.
  12. Šviković, S., Crisp, A., Tan-Wong, S. M., Guilliam, T. A., Doherty, A. J., Proudfoot, N. J., Guilbaud, G., and Sale, J. E. (2019) R-loop formation during S phase is restricted by PrimPol-mediated repriming, EMBO J., 38, e99793, doi: 10.15252/embj.201899793.
  13. Quinet, A., Tirman, S., Jackson, J., Šviković, S., Lemaçon, D., et al. (2019) PRIMPOL-mediated adaptive response suppresses replication fork reversal in BRCA-deficient cells, Mol. Cell, 77, 461-474.e9, doi: 10.1016/j.molcel.2019.10.008.
  14. Torregrosa-Muñumer, R., Forslund, J., Goffart, S., Pfeiffer, A., Stojkovic, G., et al. (2017) PrimPol is required for replication reinitiation after mtDNA damage, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114, 11398-11403, doi: 10.1073/pnas.1705367114.
  15. Kobayashi, K., Guilliam, T. A., Tsuda, M., Yamamoto, J., Bailey, L. J., Iwai, S., Takeda, S., Doherty, A. J., and Hirota, K. (2016) Repriming by PrimPol is critical for DNA replication restart downstream of lesions and chain-terminating nucleosides, Cell Cycle, 15, 1997-2008, doi: 10.1080/15384101.2016.1191711.
  16. Taglialatela, A., Leuzzi, G., Sannino, V., Cuella-Martin, R., Huang, J. W., et al. (2021) REV1-Polζ maintains the viability of homologous recombination-deficient cancer cells through mutagenic repair of PRIMPOL-dependent ssDNA gaps, Mol. Cell, 81, 4008-4025.e7, doi: 10.1016/j.molcel.2021.08.016.
  17. Makarova, A. V., Boldinova, E. O., Belousova, E. A., and Lavrik, O. I. (2018) In vitro lesion bypass by human PrimPol, DNA Rep., 70, 18-24, doi: 10.1016/j.dnarep.2018.07.009.
  18. Guilliam, T. A., Jozwiakowski, S. K., Ehlinger, A., Barnes, R. P., Rudd, S. G., et al. (2015) Human PrimPol is a highly error-prone polymerase regulated by single-stranded DNA binding proteins, Nucleic Acids Res., 43, 1056-1068, doi: 10.1093/nar/gku1321.
  19. Zafar, M. K., Ketkar, A., Lodeiro, M. F., Cameron, C. E., and Eoff, R. L. (2014) Kinetic analysis of human PrimPol DNA polymerase activity reveals a generally error-prone enzyme capable of accurately bypassing 7,8-dihydro-8-oxo-2′-deoxyguanosine, Biochemistry, 53, 6584-6594, doi: 10.1021/bi501024u.
  20. Boldinova, E. O., Yudkina, A. V., Shilkin, E. S., Gagarinskaya, D. I., Baranovskiy, A. G., et al. (2021) Translesion activity of PrimPol on DNA with cisplatin and DNA-protein cross-links, Sci. Rep., 11, 17588, doi: 10.1038/s41598-021-96692-y.
  21. Mourón, S., Rodriguez-Acebes, S., Martínez-Jiménez, M. I., García-Gómez, S., Chocrón, S., Blanco, L., and Méndez, J. (2013) Repriming of DNA synthesis at stalled replication forks by human PrimPol, Nat. Struct. Mol. Biol., 20, 1383-1389, doi: 10.1038/nsmb.2719.
  22. Bailey, L. J., Bianchi, J., Hégarat, N., Hochegger, H., and Doherty, A. J. (2016) PrimPol-deficient cells exhibit a pronounced G2 checkpoint response following UV damage, Cell Cycle, 15, 908-918, doi: 10.1080/15384101.2015.1128597.
  23. Schiavone, D., Jozwiakowski, S. K., Romanello, M., Guilbaud, G., Guilliam, T. A., et al. (2016) PrimPol is required for replicative tolerance of G quadruplexes in vertebrate cells, Mol. Cell, 61, 161-169, doi: 10.1016/j.molcel.2015.10.038.
  24. Bailey, L. J., Bianchi, J., and Doherty, A. J. (2019) PrimPol is required for the maintenance of efficient nuclear and mitochondrial DNA replication in human cells, Nucleic Acids Res., 47, 4026-4038, doi: 10.1093/nar/gkz056.
  25. Duong, V. N., Zhou, L., Martínez-Jiménez, M. I., He, L., Cosme, M., et al. (2020) Identifying the role of PrimPol in TDF-induced toxicity and implications of its loss of function mutation in an HIV+ patient, Sci. Rep., 10, 9343, doi: 10.1038/s41598-020-66153-z.
  26. Jamieson, E. R., and Lippard, S. J. (1999) Structure, recognition, and processing of cisplatin - DNA adducts, Chem. Rev., 99, 2467-2498, doi: 10.1021/cr980421n.
  27. Natile, G., and Cannito, F. (2009) Platinum drugs, nucleotides and DNA: the role of interligand interactions, in Metal Complex-DNA Interactions, pp. 135-173, doi: 10.1002/9781444312089.ch5.
  28. Hay, J., Shahzeidi, S., and Laurent, G. (1991) Mechanisms of bleomycin-induced lung damage, Arch. Toxicol., 65, 81-94, doi: 10.1007/BF02034932.
  29. Díaz-Talavera, A., Calvo, P. A., González-Acosta, D., Díaz, M., Sastre-Moreno, G., et al. (2019) A cancer-associated point mutation disables the steric gate of human PrimPol, Sci. Rep., 9, 1121, doi: 10.1038/s41598-018-37439-0.
  30. Kang, Z., Fu, P., Alcivar, A. L., Fu, H., Redon, C., et al. (2021) BRCA2 associates with MCM10 to suppress PRIMPOL-mediated repriming and single-stranded gap formation after DNA damage, Nat. Commun., 12, 5966, doi: 10.1038/s41467-021-26227-6.
  31. Pilzecker, B., Buoninfante, O. A., Pritchard, C., Blomberg, O. S., Huijbers, I. J., Van Den Berk, P. C. M., and Jacobs, H. (2016) PrimPol prevents APOBEC/AID family mediated DNA mutagenesis, Nucleic Acids Res., 44, 4734-4744, doi: 10.1093/nar/gkw123.
  32. Guilliam, T. A., Bailey, L. J., Brissett, N. C., and Doherty, A. J. (2016) PolDIP2 interacts with human PrimPol and enhances its DNA polymerase activities, Nucleic Acids Res., 44, 3317-3329, doi: 10.1093/nar/gkw175.
  33. Keen, B. A., Bailey, L. J., Jozwiakowski, S. K., and Doherty, A. J. (2014) Human PrimPol mutation associated with high myopia has a DNA replication defect, Nucleic Acids Res., 42, 12102-12111, doi: 10.1093/nar/gku879.
  34. Liu, J., Lee, W., Jiang, Z., Chen, Z., Jhunjhunwala, S., et al. (2012) Genome and transcriptome sequencing of lung cancers reveal diverse mutational and splicing events, Genome Res., 22, 2315-2327, doi: 10.1101/gr.140988.112.
  35. Vaisman, A., Masutani, C., Hanaoka, F., and Chaney, S. G. (2000) Efficient translesion replication past oxaliplatin and cisplatin GpG adducts by human DNA polymerase eta, Biochemistry, 39, 4575-4580, doi: 10.1021/bi000130k.
  36. Shen, M., Qi, R., Ren, J., Lv, D., and Yang, H. (2022) Characterization with KRAS mutant is a critical determinant in immunotherapy and other multiple therapies for non-small cell lung cancer, Front. Oncol., 11, 780655, doi: 10.3389/fonc.2021.780655.
  37. Yoon, Y. K., Kim, H. P., Han, S. W., Oh, D. Y., Im, S. A., et al. (2010) KRAS mutant lung cancer cells are differentially responsive to MEK inhibitor due to AKT or STAT3 activation: Implication for combinatorial approach, Mol. Carcinog., 49, 353-362, doi: 10.1002/mc.20607.
  38. Garassino, M. C., Marabese, M., Rusconi, P., Rulli, E., Martelli, O., et al. (2011) Different types of K-Ras mutations could affect drug sensitivity and tumour behaviour in non-small-cell lung cancer, Ann. Oncol., 22, 235-237, doi: 10.2959/logo.2002.13.2.109.
  39. Shepherd, F. A., Domerg, C., Hainaut, P., Jänne, P. A., Pignon, J. P., et al. (2013) Pooled analysis of the prognostic and predictive effects of KRAS mutation status and KRAS mutation subtype in early-stage resected non-small-cell lung cancer in four trials of adjuvant chemotherapy, J. Clin. Oncol., 31, 2173-2181, doi: 10.1200/JCO.2012.48.1390.
  40. Sarin, N., Engel, F., Kalayda, G. V., Mannewitz, M., Cinatl, J., et al. (2017) Cisplatin resistance in non-small cell lung cancer cells is associated with an abrogation of cisplatin-induced G2/M cell cycle arrest, PLoS One, 12, e0181081, doi: 10.1371/journal.pone.0181081.
  41. Gao, Y., Dorn, P., Liu, S., Deng, H., Hall, S. R. R., et al. (2019) Cisplatin-resistant A549 non-small cell lung cancer cells can be identified by increased mitochondrial mass and are sensitive to pemetrexed treatment, Cancer Cell Int., 19, 317, doi: 10.1186/s12935-019-1037-1.
  42. Ray, R., Al Khashali, H., Haddad, B., Wareham, J., Coleman, K. L., et al. (2022) Regulation of cisplatin resistance in lung cancer cells by nicotine, BDNF, and a β-adrenergic receptor blocker, Int. J. Mol. Sci., 23, 12829, doi: 10.3390/ijms232112829.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2023