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

Обложка

Цитировать

Полный текст

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

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».