Kim, Jae Jin;Lee, Seo Yun;Kim, Soyeon;Chung, Jee Min;Kwon, Mira;Yoon, Jung Hyun;Park, Sangwook;Hwang, Yiseul;Park, Dongsun;Lee, Jong-Soo;Kang, Ho Chul
Molecules and Cells
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제41권8호
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pp.799-807
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2018
Emerging evidence has suggested that cellular crosstalk between RNF168 and poly(ADP-ribose) polymerase 1 (PARP1) contributes to the precise control of the DNA damage response (DDR). However, the direct and reciprocal functional link between them remains unclear. In this report, we identified that RNF168 ubiquitinates PARP1 via direct interaction and accelerates PARP1 degradation in the presence of poly (ADP-ribose) (PAR) chains, metabolites of activated PARP1. Through mass spectrometric analysis, we revealed that RNF168 ubiquitinated multiple lysine residues on PARP1 via K48-linked ubiquitin chain formation. Consistent with this, micro-irradiation-induced PARP1 accumulation at damaged chromatin was significantly increased by knockdown of endogenous RNF168. In addition, it was confirmed that abnormal changes of HR and HNEJ due to knockdown of RNF168 were restored by overexpression of WT RNF168 but not by reintroduction of mutants lacking E3 ligase activity or PAR binding ability. The comet assay also revealed that both PAR-binding and ubiquitin-conjugation activities are indispensable for the RNF168-mediated DNA repair process. Taken together, our results suggest that RNF168 acts as a counterpart of PARP1 in DDR and regulates the HR/NHEJ repair processes through the ubiquitination of PARP1.
Besides single-nucleotide variants in the human genome, large-scale genomic variants, such as copy number variations (CNVs), are being increasingly discovered as a genetic source of human diversity and the pathogenic factors of diseases. Recent experimental findings have shed light on the links between different genome architectures and CNV mutagenesis. In this review, we summarize various genomic features and discuss their contributions to CNV formation. Genomic repeats, including both low-copy and high-copy repeats, play important roles in CNV instability, which was initially known as DNA recombination events. Furthermore, it has been found that human genomic repeats can also induce DNA replication errors and consequently result in CNV mutations. Some recent studies showed that DNA replication timing, which reflects the high-order information of genomic organization, is involved in human CNV mutations. Our review highlights that genome architecture, from DNA sequence to high-order genomic organization, is an important molecular factor in CNV mutagenesis and human genomic instability.
Although some mutations are beneficial and are the driving force behind evolution, it is important to maintain DNA integrity and stability because it contains genetic information. However, in the oxygen-rich environment we live in, the DNA molecule is under constant threat from endogenous or exogenous insults. DNA damage could trigger the DNA damage response (DDR), which involves DNA repair, the regulation of cell cycle checkpoints, and the induction of programmed cell death or senescence. Dysregulation of these physiological responses to DNA damage causes developmental defects, neurological defects, premature aging, infertility, immune system defects, and tumors in humans. Some human syndromes are characterized by unique neurological phenotypes including microcephaly, mental retardation, ataxia, neurodegeneration, and neuropathy, suggesting a direct link between genomic instability resulting from defective DDR and neuropathology. In this review, rare human genetic disorders related to abnormal DDR and damage repair with neural defects will be discussed.
Preserving intact genetic material and delivering it to the next generation are the most significant tasks of living organisms. The integrity of DNA sequences is under constant threat from endogenous and exogenous factors. The accumulation of damaged or incompletely-repaired DNA can cause serious problems in cells, including cell death or cancer development. Various DNA damage detection systems and repair mechanisms have evolved at the cellular level. Although the mechanisms of these responses have been extensively studied, the global RNA expression profiles associated with genomic instability are not well-known. To detect global gene expression changes under different DNA damage and hypoxic conditions, we performed RNA-seq after treating human cervical cancer cells with ionizing radiation (IR), hydroxyurea, mitomycin C (MMC), or 1% O2 (hypoxia). Results showed that the expression of 184-1037 genes was altered by each stimulus. We found that the expression of 51 genes changed under IR, MMC, and hypoxia. These findings revealed damage-specific genes that varied differently according to each stimulus and common genes that are universally altered in genetic instability.
Park, Seon-Joo;Kim, Hong Beum;Kim, Jeeho;Park, Sanggon;Kim, Seok Won;Lee, Jung-Hee
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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제21권2호
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pp.267-273
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2017
The p53-inducible gene 3 (PIG3), initially identified as a gene downstream of p53, plays an important role in the apoptotic process triggered by p53-mediated reactive oxygen species (ROS) production. Recently, several studies have suggested that PIG3 may play a role in various types of cancer. However, the functional significance of PIG3 in cancer remains unclear. Here, we found that PIG3 was highly expressed in human colon cancer cell lines compared to normal colon-derived fibroblasts. Therefore, we attempted to elucidate the functional role of PIG3 in colon cancer. PIG3 overexpression increases the colony formation, migration and invasion ability of HCT116 colon cancer cells. Conversely, these tumorigenic abilities were significantly decreased in in vitro studies with PIG3 knockdown HCT116 cells. PIG3 knockdown also attenuated the growth of mouse xenograft tumors. These results demonstrate that PIG3 is associated with the tumorigenic potential of cancer cells, both in vitro and in vivo, and could play a key oncogenic role in colon cancer.
Jin, Min;Park, Seon-Joo;Kim, Seok Won;Kim, Hye Rim;Hyun, Jin Won;Lee, Jung-Hee
Biomolecules & Therapeutics
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제25권4호
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pp.396-403
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2017
Under normal, non-stressed conditions, intracellular p53 is continually ubiquitinated by MDM2 and targeted for degradation. However, in response to severe genotoxic stress, p53 protein levels are markedly increased and apoptotic cell death is triggered. Inhibiting the ubiquitination of p53 under conditions where DNA damage has occurred is therefore crucial for preventing the development of cancer, because if cells with severely damaged genomes are not removed from the population, uncontrolled growth can result. However, questions remain about the cellular mechanisms underlying the regulation of p53 stability. In this study, we show that p53-inducible gene 3 (PIG3), which is a transcriptional target of p53, regulates p53 stability. Overexpression of PIG3 stabilized both endogenous and transfected wild-type p53, whereas a knockdown of PIG3 lead to a reduction in both endogenous and UV-induced p53 levels in p53-proficient human cancer cells. Using both in vivo and in vitro ubiquitination assays, we found that PIG3 suppressed both ubiquitination- and MDM2-dependent proteasomal degradation of p53. Notably, we demonstrate that PIG3 interacts directly with MDM2 and promoted MDM2 ubiquitination. Moreover, elimination of endogenous PIG3 in p53-proficient HCT116 cells decreased p53 phosphorylation in response to UV irradiation. These results suggest an important role for PIG3 in regulating intracellular p53 levels through the inhibition of p53 ubiquitination.
Cell reprogramming has been considered a powerful technique in the regenerative medicine field. In addition to diverse its strengths, cell reprogramming technology also has several drawbacks generated during the process of reprogramming. Telomere shortening caused by the cell reprogramming process impedes the efficiency of cell reprogramming. Transcription factors used for reprogramming alter genomic contents and result in genetic mutations. Additionally, defective mitochondria functioning such as excessive mitochondrial fission leads to the limitation of pluripotency and ultimately reduces the efficiency of reprogramming. These problems including genomic instability and impaired mitochondrial dynamics should be resolved to apply cell reprograming in clinical research and to address efficiency and safety concerns. Sirtuin (NAD+-dependent histone deacetylase) has been known to control the chromatin state of the telomere and influence mitochondria function in cells. Recently, several studies reported that Sirtuins could control for genomic instability in cell reprogramming. Here, we review recent findings regarding the role of Sirtuins in cell reprogramming. And we propose that the manipulation of Sirtuins may improve defects that result from the steps of cell reprogramming.
Defects in DNA double-strand break (DSB) repair signaling permit cancer cells to accumulate genomic alterations that confer their aggressive phenotype. Nevertheless, tumors depend on residual DNA repair abilities to survive the DNA damage induced by genotoxic stress. This is why only isolated DNA repair signaling is inactivated in cancer cells. DNA DSB repair signaling contributes to general mechanism for various types of lesions in diverse cell cycle phases. DNA DSB repair genes are frequently mutated and amplified in cancer; however, limited data exist regarding the overall genomic prospect and functional result of these modifications. We list the DNA repair genes and related E3 ligases. Mutation and expression frequencies of these genes were analyzed in COSMIC and TCGA. The 11 genes with a high frequency of mutation differed between cancers, and mutations in many DNA DSB repair E3 ligase genes were related to a higher total mutation burden. DNA DSB repair E3 ligase genes are involved in tumor suppressive or oncogenic functions, such as RNF168 and FBXW7, by assisting the functionality of these genomic alterations. DNA damage response-related E3 ligases, such as RNF168, FBXW7, and HERC2, were generated with more than 10% mutation in several cancer cells. This study provides a broad list of candidate genes as potential biomarkers for genomic instability and novel therapeutic targets in cancer. As a DSB related proteins considerably appear the possibilities for targeting DNA repair defective tumors or hyperactive DNA repair tumors. Based on recent research, we describe the relationship between unstable DSB repairs and DSB-related E3 ligases.
Kim, Songmi;Cho, Chun-Sung;Han, Kyudong;Lee, Jungnam
Genomics & Informatics
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제14권3호
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pp.70-77
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2016
Transposable elements are one of major sources to cause genomic instability through various mechanisms including de novo insertion, insertion-mediated genomic deletion, and recombination-associated genomic deletion. Among them is Alu element which is the most abundant element, composing ~10% of the human genome. The element emerged in the primate genome 65 million years ago and has since propagated successfully in the human and non-human primate genomes. Alu element is a non-autonomous retrotransposon and therefore retrotransposed using L1-enzyme machinery. The 'master gene' model has been generally accepted to explain Alu element amplification in primate genomes. According to the model, different subfamilies of Alu elements are created by mutations on the master gene and most Alu elements are amplified from the hyperactive master genes. Alu element is frequently involved in genomic rearrangements in the human genome due to its abundance and sequence identity between them. The genomic rearrangements caused by Alu elements could lead to genetic disorders such as hereditary disease, blood disorder, and neurological disorder. In fact, Alu elements are associated with approximately 0.1% of human genetic disorders. The first part of this review discusses mechanisms of Alu amplification and diversity among different Alu subfamilies. The second part discusses the particular role of Alu elements in generating genomic rearrangements as well as human genetic disorders.
Cancer is unique amongst human diseases in that its cellular manifestations arise and evolve through the acquisition of somatic alterations in the genome. In particular, instability in the number and structure of chromosomes is a near-universal feature of the genomic alterations associated with epithelial cancers, and is triggered by the inactivation of tumour suppressor mechanisms that preserve chromosome integrity in normal cells. The nature of these mechanisms, and how their inactivation promotes carcinogenesis, remains enigmatic. I will review recent work from our laboratory on the tumour suppressor BRCA2 that addresses these issues, focusing on new insights into cancer pathogenesis and therapy that are emerging from improved understanding of the molecular basis of chromosomal instability in BRCA2-deficient cancer cells.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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