The role of DNA-PKcs in DNA repair, lymphocyte development, RNA metabolism and tumor suppression

DNA-PKcs 在 DNA 修复、淋巴细胞发育、RNA 代谢和肿瘤抑制中的作用

基本信息

  • 批准号:
    10539944
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 59.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-07-01 至 2027-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

PROJECT SUMMARY/ABSTRACT Our application focus on DNA-dependent protein kinase (DNA-PK), a DNA repair factor with newly identified role in RNA metabolism and a target of cancer therapy, and will use genetic, cell biology and single molecule approaches to dissect the role of DNA-PK during lymphoma and leukemia-genesis and therapy. Genomic instability is the hallmark of human cancer. The Non-Homologous End-Joining (NHEJ) is a major DNA double-strand breaks (DSBs) repair pathway and is required for physiological gene-rearrangements and oncogenic chromosomal translocations in developing lymphocytes. DNA-PK, composed of KU70-KU80 heterodimer (KU) and the large catalytic subunit (DNA-PKcs), is a NHEJ factor critical for both end-processing (e.g., hairpin opening) and end-ligation during NHEJ. DNA-PKcs inhibitors is in phase I/IIa clinical trials for cancer therapy. During NHEJ, KU binds to DNA ends, recruits and activates DNA-PKcs. Loss of DNA-PKcs abrogate Artemis endonuclease mediated end-processing without abolishing end-ligation. We showed that expression of kinase-dead (KD) (DNA-PKcsKD/KD) abrogates end-ligation without affecting end-processing, uncovering an end- protection role of DNA-PKcs that is regulated by its own kinase activity. End-processing in DNA-PKcsKD/KD mice is blocked by ATM inhibition, indicating end-processing requires DNA-PKcs protein, and the kinase activity from either DNA-PKcs or the related ATM kinase in vivo. DNA-PKcs is the best characterized substrate of DNA-PK and can also be phosphorylated by ATM. Mice carrying phosphorylation-deficient (DNA-PKcs5A/5A) DNA-PKcs display mild end-ligation defects and are sensitive to ATM inhibition. Thus, we propose that once assembled on KU-bound DNA, DNA-PK phosphorylation regulates end-processing and eventually the release of DNA-PKcs to licence end-ligation. Moreover, we found that Ku can also direct the assembly of DNA-PKcs on structured RNA (e.g., rRNA and snoRNA), where phosphorylation defective (DNA-PK5A) or KD DNA-PKcs (DNA-PKcsKD/KD) blocks rRNA processing, protein translation, and erythropoiesis, leading to Trp53-dependent bone marrow failure. These findings uncovered a NHEJ-independent role of DNA-PK in mammals. And two-third of DNA- PKcsKD/KDTrp53-/- mice succumbed to ribosomal stress induced myeloid leukemia and one-third died of lymphomas with IgH-Myc translocations, highlighting the critical role of DNA-PK in tumor suppression. Based on these and other findings, we hypothesize that DNA-PKcs kinase activity and auto-phosphorylation regulates KU-dependent assembly of DNA-PK on DNA and RNA to suppress lymphoma and leukemia genesis. To test this, we will 1) characterize and compare KU and DNA-PK dynamics on RNA vs DNA; 2) elucidate how KU- depletion impact RNA processing in human cells; 3) determine the physiological function of KU80 C-terminal domain and tail in lymphoma and leukemia genesis and the recruitment and stabilization of DNA-PKcs. The results will reveal the regulation and function of the RNA & DNA dependent function of DNA-PK, the essential role of KU in human cells, and the broad impacts of DNA-PK inhibition.
项目摘要/摘要 我们的应用专注于DNA依赖性蛋白激酶(DNA-PK),DNA修复因子具有新的 鉴定在RNA代谢和癌症治疗的靶标中的作用,并将使用遗传,细胞生物学和单一的作用 分子方法是剖析DNA-PK在淋巴瘤和白血病产生和治疗中的作用的方法。 基因组不稳定性是人类癌症的标志。非同源最终连接(NHEJ)是主要的DNA 双链断裂(DSB)修复途径,是生理基因升性和 发育中的淋巴细胞中的致癌染色体易位。 DNA-PK,由KU70-KU80组成 异二聚体(KU)和大型催化亚基(DNA-PKC)是两个最终过程至关重要的NHEJ因子 (例如,发夹开口)和NHEJ期间的结局。 DNA-PKC抑制剂正在I/IIA期癌症临床试验中 治疗。在NHEJ期间,KU与DNA末端结合,募集并激活DNA-PKC。 DNA-PKC的损失废除 Artemis核酸内切酶介导的最终过程,而无需废除末端结合。我们表明了 激酶死(KD)(DNA-PKCSKD/KD)消除了最终连接,而不会影响最终过程 DNA-PKC的保护作用受其自身的激酶活性调节。 DNA-PKCSKD/KD小鼠中的最终加工 被ATM抑制阻塞,表明最终加工需要DNA-PKCS蛋白,而激酶活性 DNA-PKC或体内相关的ATM激酶。 DNA-PKC是DNA-PK的最佳特征底物 并且也可以通过ATM磷酸化。携带缺陷磷酸化的小鼠(DNA-PKCS5A/5A)DNA-PKCS 表现出轻度的终端结合缺陷,对ATM抑制敏感。因此,我们建议一旦组装 KU结合的DNA,DNA-PK磷酸化调节最终处理,并最终释放DNA-PKC 许可证终点。此外,我们发现KU还可以指导DNA-PKC在结构化RNA上的组装 (例如,rRNA和SNORNA),其中磷酸化有缺陷(DNA-PK5A)或KD DNA-PKC(DNA-PKCSKD/KD) 阻断rRNA加工,蛋白质翻译和红细胞生成,导致TRP53依赖性骨髓衰竭。 这些发现发现了DNA-PK在哺乳动物中的NHEJ独立作用。和DNA的三分之二 - PKCSKD/KDTRP53 - / - 小鼠屈服于核糖体胁迫诱发髓样白血病,三分之一死于 具有IGH-MYC易位的淋巴瘤,突出了DNA-PK在肿瘤抑制中的关键作用。基于 这些和其他发现,我们假设DNA-PKCS激酶活性和自磷酸化调节 DNA-PK在DNA和RNA上的KU依赖性组装,以抑制淋巴瘤和白血病的起源。到 对此进行测试,我们将1)表征和比较RNA与DNA上的KU和DNA-PK动力学; 2)阐明如何 耗竭会影响人类细胞中的RNA处理; 3)确定KU80 C末端的生理功能 淋巴瘤和白血病发生的结构域和尾巴以及DNA-PKC的募集和稳定。这 结果将揭示DNA-PK的RNA和DNA依赖性功能的调节和功能,必需 KU在人类细胞中的作用以及DNA-PK抑制的广泛影响。

项目成果

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