When DNA double-strand breaks (DSBs) were induced in mammalian cells, many DNA damage response proteins are accumulated at damage sites to form nuclear foci called IR-induced foci. Although the formation of foci has been shown to promote repair efficiency, the structural organization of chromatin in foci remains obscure. BAF53 is an actin-related protein which is required for maintenance of chromosome territory. In this study, we show that the formation of IR-induced foci by $\gamma$-H2AX and 53BP1 were reduced when BAF53 is depleted, while DSB- activated ATM pathway and the phosphorylation of H2AX remains intact after DNA damage in BAF53 knockdown cells. We also found that DSB repair efficiency was largely compromised in BAF53 knockdown cells. These results indicate that BAF53 is critical for formation of foci by $\gamma$-H2AX decorated chromatin at damage sites and the structural organization of chromatin in foci is an important factor to achieve the maximum efficiency of DNA repair.
It has been suggested that chromatin is organized into the stable structures that provide fundamental units of chromosome architecture in interphase mammalian cells. The stable structures of chromatin can be visualized as replication foci when replicating DNA is labeled with thymidine analogs. Previously, we showed that the chromosome territory expanded after BAF53 knockdown. In this study, we found that BAF53 is required for the formation of replication foci. DNA replication was not impaired in BAF53 knockdown cells, suggesting that the decrease in the number of replication foci is due to disintegration of replication foci, but not suppression of DNA replication. The attractive forces that maintain structural integrity of replication foci could be disrupted by BAF53 knockdown, and it may be responsible, at least in part, for the expansion of chromosome territories after BAF53 knockdown.
In this study, we investigate whether arsenite-induced DNA damage leads to p53-dependent premature senescence using human glioblastoma cells with p53-wild type (U87MG-neo) and p53 deficient (U87MG-E6). A dose dependent relationship between arsenite and reduced cell growth is demonstrated, as well as induced ${\gamma}H2AX$ foci formation in both U87MG-neo and U87MG-E6 cells at low concentrations of arsenite. Senescence was induced by arsenite with senescence-associated ${\beta}$-galactosidase staining. Dimethyl- and trimethyl-lysine 9 of histone H3 (H3DMK9 and H3TMK9) foci formation was accompanied by p21 accumulation only in U87MG-neo but not in U87MG-E6 cells. This suggests that arsenite induces premature senescence as a result of DNA damage with heterochromatin forming through a p53/p21 dependent pathway. p21 and p53 siRNA consistently decreased H3TMK9 foci formation in U87M G-neo but not in U87MG-E6 cells after arsenite treatment. Taken together, arsenite reduces cell growth independently of p53 and induces premature senescence via p53/p21-dependent pathway following DNA damage.
Chemical carcinogenesis is a multistep process. Genotoxic carcinogens, which are DNA-reactive, induce DNA adduct formation and genetic alterations in target cells, thereby generating mutated cells (initiation). Subsequently, preneoplastic lesions appear through clonal proliferation of the mutated cells and transform into tumors (promotion and progression). Many factors may influence these processes in a dose-dependent manner. Therefore, quantitative analysis plays an important role in studies on the carcinogenic threshold of genotoxic carcinogens. Herein, we present data on the relationship between key carcinogenic events and their deriving point of departure (PoD). Their PoDs were also compared to those of the carcinogenesis pathway. In an experiment, the liver of rats exposed to 2-amino-3,8-dimethylimidazo-(4,5-f)quinoxaline (MeIQx) was examined to determine the formation of MeIQx-DNA adducts, generation of mutations at LacI transgene, and induction of preneoplastic glutathione S-transferase placental form (GST-P)-positive foci and tumors (benign and malignant). The PoDs of the above key events in the carcinogenicity of MeIQx were increased as the carcinogenesis advanced; however, these PoDs were lower than those of tumor induction. Thus, the order of key events during tumor induction in the liver was as follows: formation of DNA adducts ${\ll}$ Mutations ${\ll}$ GST-positive foci (preneoplasia) ${\ll}$ Tumor (adenoma and carcinoma). We also obtained similar data on the genotoxic and carcinogenic PoDs of other hepatocarcinogens, such as 2-amino-3,8-dimethylimidazo(4,5-f)quinoline. These results contribute to elucidating the existence of a genotoxic and carcinogenic threshold.
53BP1 is an important genome stability regulator, which protects cells against double-strand breaks. Following DNA damage, 53BP1 is rapidly recruited to sites of DNA breakage, along with other DNA damage response proteins, including ${\gamma}$-H2AX, MDC1, and BRCA1. The recruitment of 53BP1 requires a tandem Tudor fold which associates with methylated histones H3 and H4. It has already been determined that the majority of DNA damage response proteins are phosphorylated by ATM and/or ATR after DNA damage, and then recruited to the break sites. 53BP1 is also phosphorylated at several sites, like other proteins after DNA damage, but this phosphorylation is not critically relevant to recruitment or repair processes. In this study, we evaluated the functions of phosphor-53BP1 and the role of the BRCT domain of 53BP1 in DNA repair. From our data, we were able to detect differences in the phosphorylation patterns in Ser25 and Ser1778 of 53BP1 after neocarzinostatin-induced DNA damage. Furthermore, the foci formation patterns in both phosphorylation sites of 53BP1 also evidenced sizeable differences following DNA damage. From our results, we concluded that each phosphoryaltion site of 53BP1 performs different roles, and Ser1778 is more important than Ser25 in the process of DNA repair.
brc-2, an ortholog of BRCA2 in Caenorhabditis elegans, is essential in the maintenance of genetic integrity. In C. elegans, cellular location correlates with meiotic progression, and transgene-induced cosuppression is observed in the germ line but not in somatic cells. We used these unique features to dissect the role of brc-2 in the germ line from that in somatic cells. In situ hybridization of wild type animals revealed that brc-2 gene expression was higher in oocytes than in other germline cells, and was barely detectable in mitotic cells. In contrast, germ cells containing multicopies of the brc-2 transgene showed no significant in situ hybridization signal at any oogenesis stage, confirming that brc-2 expression was functionally cosuppressed in the transgenic germ line. RAD-51 foci formation in response to DNA damage was abrogated in brc-2-cosuppressed germ cells, whereas wild-type germ cells showed strong RAD-51 foci formation. These germ cells exhibited massive chromosome fragmentation and decompaction instead of six bivalent chromosomes in diakinesis. Accordingly, lethality was observed after the early stage of germline development. These results suggest that brc-2 plays essential roles in chromosome integrity in early prophase, and therefore is crucial in meiotic progression and embryonic survival.
Choi, Eui-Hwan;Yoon, Seobin;Hahn, Yoonsoo;Kim, Keun P.
Molecules and Cells
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v.40
no.2
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pp.143-150
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2017
Homologous recombination (HR) is necessary for maintenance of genomic integrity and prevention of various mutations in tumor suppressor genes and proto-oncogenes. Rad51 and Rad54 are key HR factors that cope with replication stress and DNA breaks in eukaryotes. Rad51 binds to single-stranded DNA (ssDNA) to form the presynaptic filament that promotes a homology search and DNA strand exchange, and Rad54 stimulates the strand-pairing function of Rad51. Here, we studied the molecular dynamics of Rad51 and Rad54 during the cell cycle of HeLa cells. These cells constitutively express Rad51 and Rad54 throughout the entire cell cycle, and the formation of foci immediately increased in response to various types of DNA damage and replication stress, except for caffeine, which suppressed the Rad51-dependent HR pathway. Depletion of Rad51 caused severe defects in response to postreplicative stress. Accordingly, HeLa cells were arrested at the G2-M transition although a small amount of Rad51 was steadily maintained in HeLa cells. Our results suggest that cell cycle progression and proliferation of HeLa cells can be tightly controlled by the abundance of HR proteins, which are essential for the rapid response to postreplicative stress and DNA damage stress.
The tandem ubiquitin-interacting motif (UIM) domain located at the N-terminus of Receptor Associated Protein 80 (RAP80) plays a crucial role in ionizing radiation (IR)-induced DNA damage response. RAP80 translocates to sites of IR-induced DNA damage through interaction of its UIM domain with ubiquitinated H2A and Lys63-linked polyubiquitin chains. The exact mechanism, however, through which RAP80 associates with Lys63-linked polyubiquitin chains is not clear. Here, we show by in vitro GST-pull down assays that modifying the linker region between the tandem ubiquitin binding domains of RAP80 changes the binding affinity for Lys63-linked polyubiquitin chains and affects translocation to sites of DNA breaks. Based on these findings, we suggest that the length of the linker region between the tandem ubiquitin binding domains of RAP80 may be a key factor in the binding of RAP80 with Lys63-linked polyubiquitin chains as well as in the translocation of RAP80 to DNA break sites.
Carcinogenic potential of HPV-16 DNA and NNK in a human keratinocyte cell line was assessed to study effects of viral-chemical interaction. Human cells were transfected with HPV-16 DNA and 6 clonal cell lines were subsequently obtained. Clonal line-3 and 6 at passage 7 showed characteristics of tumor cells such as increases of saturation density, soft-agar colony formation, cell aggregation and foci appearance. Among cells treated with 1$\mu M$, 10$\mu M$, 100$\mu M$ or 1 mM of NNK for 4 weeks, 100$\mu M$ treatment showed most tumorigenic characteristics at passage 7. These results indicate that either HPV-16 or NNK alone is tumorigenic in this in human in vitro model. When cells transfected with HPV-16 were subsequently exposed by 100 uM NNK for 4 weeks, all the clonal cells except clone-1 showed higher levels of tumor cell characteristics than HPV-16 DNA or NNK exposure alone. Clonal line-6, the most tumorigenic cells, showed higher transcriptional level of fibronectin and lower level of TGF-$\beta_1$, as compared to control cells, suggesting that alteration of growth factor or extracellular matrix may play a role in carcinogenesis process induced by HPV-16 and NNK. Taken together, the present study indicates that viral-chemical interactions between HPV-16 DNA and NNK enhance carcinogenic potentials of human cells and implies that smoking among people infected with human papillomavirus may pose an additional risk of causing cancer.
Background: Purple rice has become a natural product of interest which is widely used for health promotion. This study investigated the preventive effect of purple rice extract (PRE) mixed diet on DMH initiation of colon carcinogenesis. Materials and Methods: Rats were fed with PRE mixed diet one week before injection of DMH (40 mg/kg of body weight once a week for 2 weeks). They were killed 12 hrs after a second DMH injection to measure the level of $O^6$-methylguanine and xenobiotic metabolizing enzyme activities. Results: In rats that received PRE, guanine methylation was reduced in the colonic mucosa, but not in the liver, whereas PRE did not affect xenobiotic conjugation, with reference to glutathione-S-transferase or UDP-glucuronyl transferase. After 5 weeks, rats that received PRE with DMH injection had fewer ACF in the colon than those treated with DMH alone. Interestingly, a PRE mixed diet inhibited the activity of bacterial ${\beta}$-glucuronidase in rat feces, a critical enzyme for free methylazoxymethanol (MAM) release in the rat colon. These results indicated that purple rice extract inhibited ${\beta}$-glucuronidase activity in the colonic lumen, causing a reduction of MAM-induced colonic mucosa DNA methylation, leaded to decelerated formation of aberrant crypt foci in the rat colon. Conclusions: The supplemented purple rice extract might thus prevent colon carcinogenesis by the alteration of the colonic environment, and thus could be further developed for neutraceutical products for colon cancer prevention.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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