Methylation of histone H3 is necessary for scheduled repair of DNA double strand breaks

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vítor, Alexandra Coitos, 1989-
Data de Publicação: 2013
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/10811
Resumo: Tese de mestrado [versão pública]. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013
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spelling Methylation of histone H3 is necessary for scheduled repair of DNA double strand breaksBiologia molecularHistonasCromatinaTeses de mestrado - 2013Tese de mestrado [versão pública]. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2013Em células eucarióticas a informação genética encontra-se armazenada sob a forma de cromatina, em que a unidade básica estrutural, o nucleossoma, é formada por um octâmero de histonas (constituído pelas histonas H2A, H2B, H3 e H4) em associação com um fragmento de DNA. A estrutura hierárquica da cromatina com os seus diversos graus de compactação regula todos os processos biológicos que requerem o acesso ao DNA, tais como a replicação, a transcrição e reparação do DNA. Torna-se assim essencial o rearranjo dos nucleossomas de forma a facilitar tais processos, pelo que as células desenvolveram dois mecanismos principais para o controlo da estrutura dinâmica da cromatina e consequentemente da acessibilidade ao DNA: modificações pós-traducionais das histonas (PTMs) e remoção transiente de nucleossomas através da ação de complexos remodeladores da cromatina dependentes de ATP e chaperones de histonas. As PTMs ocorrem essencialmente nos domínios N-terminal das histonas, denominados “caudas” e são mediadas por uma classe de enzimas que promovem a modificação covalente reversível de resíduos de histonas, como a metilação de lisinas, processo que permite por um lado a criação de locais de ligação para o recrutamento de complexos proteicos e por outro a modulação da sua interação com o DNA, garantindo a estabilidade dos nucleossomas. Os complexos remodeladores da cromatina usam a energia proveniente da hidrólise de ATP para quebrar os contactos entre DNA e histonas, enquanto os chaperones de histonas promovem a reorganização e mobilidade das histonas, sem consumo de ATP. Quer as modificações de histonas, quer os complexos remodeladores da cromatina apresentam diversas implicações funcionais relacionadas por um lado, com o recrutamento de proteínas intervenientes na dinâmica da cromatina e por outro, com a sua estrutura, influenciando processos cruciais que controlam a integridade genómica como é o caso da resposta que deteta lesões no DNA (DDR). Assim, proteínas que modulam esta dinâmica surgem como fatores determinantes no processo de tumorigénese. É o caso do gene que expressa uma metiltransferase da histona H3 que recentemente foi considerado um gene supressor de tumores implicado num tipo particular de carcinoma. Posto isto, nós sugerimos a hipótese de que esta proteína possa desempenhar um papel fulcral na DDR, pela sua ação na modificação da histona H3, importante para a manutenção da estabilidade genómica. Nós propomos que esta proteína seja particularmente importante para a reparação de quebras na dupla cadeia do DNA (DSBs), consideradas o tipo de lesão mais grave que ocorre no DNA. As DSBs induzem várias PTMs de forma a estabelecer uma complexa plataforma de regulação ao nível da cromatina, pelo que pretendemos investigar o mecanismo pelo qual esta metiltransferase regula a DDR e que possa justificar o seu papel como supressor tumoral. Para fazer face às DSBs, as células eucarióticas desenvolveram duas vias principais de reparação: recombinação homóloga (HR) e junção de extremidades não homólogas (NHEJ). A NHEJ envolve a ligação direta das extremidades do DNA, mesmo que não haja complementaridade entre as bases na região da junção, podendo resultar na perda de informação genética. Apesar de poder levar à acumulação de mutações no genoma, sendo a via mais simples de reparação, a NHEJ torna-se na primeira tentativa que a célula desencadeia para repara as DSBs estando ativa ao longo de todo o ciclo celular, porém mais prevalente durante a fase G1. A HR requer a presença de uma sequência de DNA homóloga para servir de molde à síntese de DNA. Assim, ocorre sobretudo durante as fases S/G2 do ciclo celular, pois é quando o cromatídio irmão se encontra disponível para a reparação por esta via. Como esperado, a HR promove a estabilidade genómica pois leva à reparação precisa da lesão. Durante a HR um dos passos fundamentais consiste no processamento do DNA com a recessão da extremidade 5’ da cadeia de DNA o que leva à formação de DNA em cadeia simples (ssDNA) que vai ser revestido pela proteína RPA. Esta cadeia invade de seguida a sequência homóloga intacta do cromatídio irmão ocorrendo o emparelhamento das duas cadeias de DNA, a fim de sintetizar os nucleótidos em falta. O balanço entre as duas principais vias de reparação de DSBs é um processo altamente regulado pela associação de diversos fatores característicos de cada via à região da lesão. Nós propomos um modelo onde a modificação da histona H3 intervém na regulação do balanço entre a HR e a NHEJ bem como promove uma eficiente sinalização das DSBs. Como conclusão, os nossos dados revelam uma possível dinâmica entre DDR e cromatina na qual a modificação da histona H3 pode ser responsável pela criação de uma plataforma regulatória onde tem lugar por um lado a correta sinalização da lesão bem como a regulação do balanço entre as duas principais vias de reparação de DSBs. À semelhança de outras modificações de histonas, a modificação da histona H3 aqui em estudo pode mediar o recrutamento para a cromatina de fatores de reparação. Para além disso vários estudos revelam que mutações encontradas no genoma de diversos tumores estão relacionadas com um desequilíbrio ao nível do processo de organização da cromatina mediado por modificações de histonas, o que realça a sua importância na manutenção da estabilidade genómica.In the last few decades it has become increasingly evident that chromatin regulators which modulate the dynamic architecture of chromatin have emerged as potential gatekeepers and signaling coordinators for the maintenance of genome integrity. One of the major epigenetic mechanisms is histone post-translational modifications (PTMs). Particularly, extensive modulation of chromatin through PTMs takes place during the repair of DNA double strand breaks (DSBs) and defective DNA repair is thought to be a major contributor to tumorigenesis. In fact, misregulation of histone modification, which is caused by the deregulation of factors that mediate the modification deposition, removal and/or its interpretation, actively contributes to human cancer. Recently, the identification of several novel recurrent mutations of histone modifiers and chromatin remodeling genes in a particular carcinoma revealed mutations in a gene responsible for a histone H3 methyltransferase, which propelled the classification of this gene as a novel tumor suppressor in a particular cancer cell line. However, the tumor suppressor mechanism on which histone H3 methyltransferase impinges has not been revealed. Here, we sought to investigate the role of the histone H3 modification in the regulation of the DNA damage response (DDR). Using state-of-the art methods to investigate the DDR we show that the absence of this histone modification challenges the process of DDR. Particularly we reveal that histone H3 modification is necessary for efficient DDR by regulation the balance between the two major DSB repair pathways: NHEJ and HR, which might endorse the classification of the gene that code for the methyltransferase as a novel tumor suppressor in a particular carcinoma cell line.Almeida, Sérgio Fernandes de, 1979-Crespo, Ana Maria Viegas, 1946-Repositório da Universidade de LisboaVítor, Alexandra Coitos, 1989-2014-04-04T15:48:43Z20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.documenthttp://hdl.handle.net/10451/10811TID:201332167engmetadata only accessinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:56:36Zoai:repositorio.ul.pt:10451/10811Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:34:43.403082Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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