Repairing damaged DNA and removing all physical connections between sister chromosomes is important to ensure proper chromosomal segregation by contributing to chromosomal stability. Here, we show that the depletion of non-SMC condensin I complex subunit H (NCAPH) exacerbates chromosome segregation errors and cytokinesis failure owing to sister-chromatid intertwinement, which is distinct from the ultra-fine DNA bridges induced by DNA inter-strand crosslinks (DNA-ICLs). Importantly, we identified an interaction between NCAPH and GEN1 in the chromatin involving binding at the N-terminus of NCAPH. DNA-ICL activation, using ICL-inducing agents, increased the expression and interaction between NCAPH and GEN1 in the soluble nuclear and chromatin, indicating that the NCAPH-GEN1 interaction participates in repairing DNA damage. Moreover, NCAPH stabilizes GEN1 within chromatin at the G2/M-phase and is associated with DNA-ICL-induced damage repair. Therefore, NCAPH resolves DNA-ICL-induced ultra-fine DNA bridges by stabilizing GEN1 and ensures proper chromosome separation and chromosome structural stability.
Kim, Seung-Yeon;Kim, Ga-Yeon;You, Hyeong-Ju;Kang, Man-Jong
Animal Bioscience
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v.35
no.1
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pp.126-137
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2022
Objective: Efficient gene editing technology is critical for successful knock-in in domestic animals. RAD51 recombinase (RAD51) gene plays an important role in strand invasion during homologous recombination (HR) in mammals, and is regulated by checkpoint kinase 1 (CHK1) and CHK2 genes, which are upstream elements of RAD51 recombinase (RAD51). In addition, mismatch repair (MMR) system is inextricably linked to HR-related pathways and regulates HR via heteroduplex rejection. Thus, the aim of this study was to investigate whether clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated 9 (CRISPR/Cas9)-mediated knock-in efficiency of human lactoferrin (hLF) knock-in vector in the bovine β-casein gene locus can be increased by suppressing DNA MMR-related genes (MSH2, MSH3, MSH6, MLH1, and PMS2) and overexpressing DNA double-strand break (DSB) repair-related genes (RAD51, CHK1, CHK2). Methods: Bovine mammary epithelial (MAC-T) cells were transfected with a knock-in vector, RAD51, CHK1, or CHK2 overexpression vector and CRISPR/sgRNA expression vector to target the bovine β-casein gene locus, followed by treatment of the cells with CdCl2 for 24 hours. After 3 days of CdCl2 treatment, the knock-in efficiency was confirmed by polymerase chain reaction (PCR). The mRNA expression levels of DNA MMR-related and DNA DSB repair-related genes were assessed by quantitative real-time PCR (RT-qPCR). Results: Treatment with CdCl2 decreased the mRNA expression of RAD51 and MMRrelated genes but did not increase the knock-in efficiency in MAC-T cells. Also, the overexpression of DNA DSB repair-related genes in MAC-T cells did not significantly affect the mRNA expression of MMR-related genes and failed to increase the knock-in efficiency. Conclusion: Treatment with CdCl2 inhibited the mRNA levels of RAD51 and DNA MMR-related genes in MAC-T cells. However, the function of MMR pathway in relation to HR may differ in various cell types or species.
The regulation of DNA repair genes expression was investigated using fused genes, in which the promoter of repair genes was hybridized with the lacZ structural gene. The activities of beta-galactosidase expressed from the fused gense were highly increased when the host cells were exposed to methylating agents, such as methyl methansulfonate (MMS), N-methyl-N'-nitro-nitrosoguanidine (MNNG) and methyl nitrosourea (MNU). On the other hand, the enzyme activities from the fused genes were not induced when the cells were treated with ethylating or nonalkylating agents, such as ethyl methansulfonate (EMS), 4-nitroquinoline-1-oxide (4NQO), Bleomycin, and Benzo(a)pyrene (BP).
The significance of cell ploidy and repair ability for the radioprotective efficiency of cysteamine was studied in DNA repair - proficient and repair - deficient yeast cells irradiated $^{60}C0\;\gamma-rays.$ Results have been obtained for the cell survival of two groups of yeasts-diplont and haplont cells, both in haploid and diploid states. For diploid Saccharomyces cerevisiae yeast cells, the correlation between the radio-protective action of cysteamine and the cell repair capacity was demonstrated. Such a correlation was not clearly expressed for haploid yeast cells. In addition, evidence was obtained indicating that the degree of the radioprotective action was independent of the number of chromosome sets in haplont yeast Pichia guilliermondii cells and in some radiosensitive mutants defective in the diploid-specific recovery. It is concluded on this basis that the radioprotective action may involve the cellular recovery process, which may be mediated by a recombination-like mechanism, for which the diploid state is required. The results obtained clearly show that the radioprotective effect was dependent on DNA repair status and indicate that the mechanism of the radioprotective action may be realized on the level of primary radiation damage production as well as on the level of postradiation recovery from potentially lethal radiation damage.
The RAD4 gene of Saccharomyces cerevisiae is essential for the incision step of UV-induced excision repair. A yeast RAD4 gene has been previously isolated by functional complementation. In order to identify the RAD4 homologous gene from fungus Coprinus cinereus, we have constructed cosmid libraries from electrophoretically separated chromosomes of the C. cinereus. The 13 C. cinereus chromosomes were resolved by pulse-field gel electrophoresis, hybridized with S. cerevisiae RAD4 DNA, and then isolated homologous C. cinereus chromosome. The insert DNA of the RAD4 homolog was contained 3.2 kb. Here, we report the characterization of fungus C. cinereus homolog of yeast RAD4 gene. Southern blot analysis confirmed that C. cinereus contains the RAD4 homolog gene and this gene exists as a single copy in C. cinereus genome. When total RNA isolated from C. cinereus cells was hybridized with the 1.2 kb PvuII DNA fragment of the S. cerevisiae RAD4 gene, a 2.5 kb of transcript was detected. In order to investigation whether the increase of transcripts by DNA damaging agent, transcripts levels were examined after treating the cells. The level of transcript did not increase by untraviolet light (UV). This result indicated that the RAD4 homologous gene is not UV inducible gene. Gene deletion experiments indicate that the RAD4 homologous gene is essential for cell viability.
The RAD4 gene is essential for nucleotide excision repair in Saccharomyces cerevisiae. It has been known that the deduced amino acid sequence of Rad4 protein contains three DNA-dependent ATPase/helicase motifs. To determine the biochemical activities and functional role of RAD4 the Rad4 protein was expressed and purified. Immunoblot analysis showed a specific band of 21 kDa, which was well-matched with the size of open reading frame of the RAD4 gene. The purified Rad4 protein had no detectable helicase activity. However, the protein could interact with double stranded oligonucleotides, as judged by mobility shift assay. This result suggests that the Rad4 protein is a DNA binding protein.
Seobin Yoon;Eui-Hwan Choi;Seo Jung Park;Keun Pil Kim
BMB Reports
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v.56
no.2
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pp.108-113
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2023
Cohesin is a ring-shaped protein complex that comprises the SMC1, SMC3, and α-kleisin proteins, STAG1/2/3 subunits, and auxiliary factors. Cohesin participates in chromatin remodeling, chromosome segregation, DNA replication, and gene expression regulation during the cell cycle. Mitosis-specific α-kleisin factor RAD21 and meiosis-specific α-kleisin factor REC8 are expressed in embryonic stem cells (ESCs) to maintain pluripotency. Here, we demonstrated that RAD21 and REC8 were involved in maintaining genomic stability and modulating chromatin modification in murine ESCs. When the kleisin subunits were depleted, DNA repair genes were downregulated, thereby reducing cell viability and causing replication protein A (RPA) accumulation. This finding suggested that the repair of exposed single-stranded DNA was inefficient. Furthermore, the depletion of kleisin subunits induced DNA hypermethylation by upregulating DNA methylation proteins. Thus, we proposed that the cohesin complex plays two distinct roles in chromatin remodeling and genomic integrity to ensure the maintenance of pluripotency in ESCs.
Exposure to environmental toxicants can cause cellular problems including the interference of DNA repair processes which may lead to the development of cancer. The existence of toxicant-induced DNA repair abnormality was investigated using mice exposed in vivo to genotoxic chemicals and then challenging their exposed lymphocytes in vitro with bleomycin. The repair of bleomycin-induced DNA damage as estimated by the frequency of chromosome aberrations was determined. Our data indicates that the observed aberration frequencies after in vivo exposure to N-methyl-N'-nitro-N-nitnsoguanidine (MNNG) and in vitro challenge with bleomycin are consistently higher than expected. The enhanced response is not due to the induction of chromosome damage by 25 or 50 mg/kg MNNG since the chemical did not cause chromosome aberrations in lymphocytes of these mice. The observed response after the combined exposure to benzo[a]pyrene (BP) and bleomycin was significantly lower than expected with low in vivo doses of BP (50 mg/kg) and then significantly higher than expected with the high doses (200 mg/kg). We interpret our data to indicate that in vivo exposure to genotoxic agents can cause abnormal DNA repair activities. The response is, however, independent of the clastogenic activities of the inducing chemicals, but dependent upon the inducing agents and on the exposure doses.
Journal of the Korean Association of Oral and Maxillofacial Surgeons
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v.35
no.1
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pp.1-6
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2009
DNA double-strand breaks (DSBs) occur commonly in the all living and in cycling cells. They constitute one of the most severe form of DNA damage, because they affect both strand of DNA. DSBs result in cell death or a genetic alterations including deletion, loss of heterozygosity, translocation, and chromosome loss. DSBs arise from endogenous sources like metabolic products and reactive oxygen, and also exogenous factors like ionizing radiation. Defective DNA DSBs can lead to toxicity and large scale sequence rearrangement that can cause cancer and promote premature aging. There are two major pathways for their repair: homologous recombination(HR) and non-homologous end-joining(NHEJ). The HR pathway is a known "error-free" repair mechanism, in which a homologous sister chromatid serves as a template. NHEJ, on the other hand, is a "error-prone" pathway, in which the two termini of the broken DNA molecule are used to form compatible ends that are directly ligated. This review aims to provide a fundamental understanding of how HR and NHEJ pathways operate, cause genome instability, and what kind of genes during the pathways are associated with head and neck cancer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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