Cryptochromes recruit to laser-induced DNA damage sites through PARP1 activity and promote repair

Kuo, Tia Tyrsett (2023): Cryptochromes recruit to laser-induced DNA damage sites through PARP1 activity and promote repair. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Säugetier-Cryptochrom-Proteine (CRYs) sind Schlüsselkomponenten der circadianen Uhr. Sie sind aus bakteriellen Photolyasen hervorgegangen, Enzymen, die durch UV-Licht verursachte DNA-Schäden reparieren, bei Säugetieren diese Aktivität jedoch verloren zu haben scheinen. Neuere Hinweise deuten darauf hin, dass CRYs eine wichtige Rolle bei der Tumorentstehung und der Reparatur von DNA-Schäden spielen, aber eine direkte Funktion an DNA- Schadensstellen hat sich als schwer fassbar erwiesen. Hier berichte ich, dass CRYs sich durch PARP1-Aktivität schnell an laserinduzierte DNA-Schäden rekrutieren und synchron mit dem PARP1-Enzym auftreten. Konsistent kontrollieren therapeutische PARP- und PARG-Inhibitoren die Assoziation von CRY-Proteinen mit DNA-Schädigungsstellen. Darüber hinaus reguliert CRY1 die Wahl zwischen zwei wichtigen DSB-Reparaturwegen, indem es gleichzeitig die homologe Rekombination mit hoher Genauigkeit fördert und die fehleranfällige nicht homologe Endverbindung unterdrückt. CRY2 hingegen reguliert die Unterwege der DSB-Reparatur, indem es das Glühen einzelner Stränge stimuliert und das Verbinden alternativer Enden unterdrückt. Interessanterweise verleiht die CRY-Aufhebung keine Empfindlichkeit in Osteosarkomzellen, die mit DNA-Schädigungen induzierenden Mitteln behandelt wurden, was darauf hindeutet, dass CRYs DDR und das Zellüberleben unabhängig voneinander regulieren. Darüber hinaus zeigen CRY1-depletierte Zellen nach zellulärer UV-Exposition eine Verzögerung bei der 6-4PP- Reparatur und Transkriptionserholung. Zusammenfassend implizieren meine Daten die durch DNA-Schädigung induzierte PARP1-Aktivität (PARylation) als kritischen Regulator der schnellen und direkten Rekrutierung menschlicher CRY-Proteine an DNA-Schadensstellen und präsentieren CRYs als Mediatoren therapeutisch relevanter DNA-Schadensreaktionen.

Abstract

Mammalian cryptochrome proteins (CRYs) are key components of the circadian clock. They evolved from bacterial photolyases, enzymes that repair DNA damage caused by UV light, but appear to have lost this activity in mammals. Emerging evidence indicates that CRYs play important roles in tumorigenesis and DNA damage repair, but a direct function at DNA damage sites has proved elusive. Here, I report that CRYs rapidly recruit to laser-induced DNA damage sites through PARP1 activity and occur synchronously with the PARP1 enzyme. Consistently, therapeutic PARP and PARG inhibitors control the association of CRY proteins with DNA damage sites. In addition, CRY1 regulates the choice between two major DSB repair pathways by simultaneously promoting high fidelity homologous recombination and suppressing error-prone non homologous end joining. CRY2, on the other hand, regulates DSB repair sub pathways by stimulating single strand annealing and repressing alternative end joining. Intriguingly, CRY abrogation does not confer sensitivity in osteosarcoma cells treated with DNA damage-inducing agents suggesting CRYs regulate DDR and cell survival independently. Moreover, after cellular exposure to UV, CRY1 depleted cells exhibit a delay in 6-4PP repair and transcription recovery. In summary, my data implicates DNA-damage induced PARP1 activity (PARylation) as the critical regulator of the rapid and direct recruitment of human CRY proteins to DNA damage sites and presents CRYs as mediators of therapeutically relevant DNA damage responses.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Keywords: CRY, PARP1, DNA damage, cancer
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 6. März 2023
• 1. Bericht­erstatter:in: Ladurner, Andreas