Function of the Bloom's syndrome DNA helicase in the maintainance of genome integrity
布卢姆氏综合征 DNA 解旋酶在维持基因组完整性中的功能
基本信息
- 批准号:10457409
- 负责人:
- 金额:$ 33.69万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2020
- 资助国家:美国
- 起止时间:2020-09-04 至 2024-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:ATP phosphohydrolaseAccelerationActive SitesBase PairingBindingBinding SitesBloom SyndromeBloom syndrome proteinCell CycleCell physiologyCellsChromatinChromosomal InstabilityChromosomal StabilityChromosome BreakageChromosomesComplexCouplingCruciform DNACrystallographyDNADNA BindingDNA DamageDNA Double Strand BreakDNA RepairDNA StructureDNA biosynthesisDNA replication forkDataDefectDevelopmentDiseaseDouble Strand Break RepairEnzymesEukaryotic CellExcisionG-QuartetsG1 PhaseG1/S TransitionGTP-Binding Protein alpha Subunits, GsGenomeGenome StabilityGenomic InstabilityHealthHumanHuman GenomeLicensing FactorLife ExpectancyMaintenanceMalignant NeoplasmsMammalian CellMitosisMitoticModelingMolecularMutationN-terminalPlayPredispositionProteomeRecoveryRegulationReplication InitiationReplication OriginResolutionRoleS phaseSiteSpeedStructureSyndromeTailTestingbasebiophysical techniquescancer cellcancer predispositioncancer riskcancer typedesigngenome integrityhelicasehomologous recombinationimprovedin vivoinsightmolecular dynamicsmutantnovelpreventrecruitresponsesingle-molecule FRET
项目摘要
PROJECT SUMMARY
The RecQ-like DNA helicase BLM is known for its critical role in the response to and repair of DNA-double-
strand breaks in mammalian cells. Disruption of BLM activity causes Bloom’s syndrome, which is characterized
by extreme cancer risk, short stature, and an average life expectancy of 25 years. Cancer susceptibility,
chromosome breakage and other cellular defects are currently explained by the lack of BLM’s activity in the
DNA-damage response and homologous recombination. In this proposal we are testing the hypothesis that
BLM plays critical roles in DNA replication initiation and elongation to maintain chromosome stability
in unperturbed cells. This hypothesis is based on extensive preliminary data, including an unbiased screen of
the mid-S-phase proteome that led to the discovery that chromatin-bound BLM directly interacts with the Mcm6
subunit of chromatin-bound Mcm2-7. Notably, two distinct binding sites in BLM and Mcm6 differentially
regulate complex formation in G1 and S-phase, and disruption of the BLM/Mcm6 interaction in S-phase, but
not in G1, leads to supra-normal DNA replication speed. Aberrant acceleration of DNA replication speed
beyond a safe limit is emerging as a mechanism that causes DNA damage and kills certain types of cancer
cells. Our preliminary findings suggest that the BLM/Mcm6 interaction acts as a novel, negative regulator
of DNA replication in human cells. That cells lacking BLM do not exhibit increased replication speed
suggests that acceleration of replication requires the BLM protein, leading us to hypothesize that BLM needs
to be tethered to Mcm6 to restrict the ATPase/helicase activity of BLM to the immediate vicinity of the
replisome. Together with BLM’s ability to unwind G-quadruplexes (G4s) and their presence throughout the
human genome, including at ~90% of origins of replication, we propose that BLM is recruited by Mcm6 to
unfold DNA structures (i) at replication origins to facilitate the G1/S transition (Aim 1) and (ii) throughout the
genome to regulate replisome progression during unperturbed S-phase (Aim 2). We have isolated a set of
BLM mutants that specifically fail to interact with Mcm6 in G1 or S-phase, or both, to identify the separate
functions of the BLM/Mcm6 interaction in G1 and S-phase and to determine replication-associated mitotic
defects. Further, we will use biophysical approaches and molecular dynamics simulations to determine the
mechanism of G4 unwinding by BLM (Aim 3). Completing these studies will delineate a major new function for
BLM in unperturbed DNA replication, besides its established role in DNA double-strand break repair and
replication fork restart after DNA damage, and determine its mechanism of G4 unwinding. Our findings will
provide a major advance in our understanding of the mechanisms that prevent chromosome instability in
unperturbed cells and improve our understanding of chromosome breakage syndromes and cancer
predisposition.
项目概要
RecQ 样 DNA 解旋酶 BLM 以其在 DNA 双螺旋响应和修复中的关键作用而闻名。
哺乳动物细胞中的链断裂会导致布卢姆综合症。
极端的癌症风险、身材矮小以及 25 岁的平均预期寿命,
目前,染色体断裂和其他细胞缺陷可以通过 BLM 活性的缺乏来解释。
DNA 损伤反应和同源重组 在本提案中,我们正在测试以下假设:
BLM 在 DNA 复制起始和延伸以维持染色体稳定性中发挥着关键作用
该假设基于广泛的初步数据,包括无偏见的筛选。
中期 S 期蛋白质组导致发现染色质结合的 BLM 直接与 Mcm6 相互作用
染色质结合的 Mcm2-7 亚基值得注意的是,BLM 和 Mcm6 中有两个不同的结合位点。
调节 G1 和 S 期的复合物形成,并破坏 S 期的 BLM/Mcm6 相互作用,但是
不在G1,导致DNA复制速度异常加速。
超过安全限度正在成为一种导致 DNA 损伤并杀死某些类型癌症的机制
我们的初步研究结果表明,BLM/Mcm6 相互作用充当一种新型负调节因子。
缺乏 BLM 的细胞不会表现出更高的复制速度。
表明复制的加速需要 BLM 蛋白,这使我们捕获了 BLM 的需要
与 Mcm6 相连,将 BLM 的 ATP 酶/解旋酶活性限制在
连同 BLM 解开 G-四链体 (G4) 的能力及其在整个过程中的存在。
人类基因组,包括约 90% 的复制起点,我们建议 Mcm6 招募 BLM 来
(i) 在复制起点展开 DNA 结构,以促进 G1/S 转变(目标 1)和 (ii) 在整个复制过程中
基因组在不受干扰的 S 期调节复制体进展(目标 2)。
BLM 突变体特别无法与 G1 期或 S 期或两者中的 Mcm6 相互作用,以识别单独的
BLM/Mcm6 相互作用在 G1 和 S 期的功能并确定复制相关的有丝分裂
此外,我们将使用生物物理方法和分子动力学模拟来确定缺陷。
BLM 解开 G4 的机制(目标 3)将描绘出一个主要的新功能。
BLM 除了在 DNA 双链断裂修复和
DNA损伤后复制叉重新启动,并确定其G4解旋机制。
为我们理解防止染色体不稳定的机制提供了重大进展
不受干扰的细胞并提高我们对染色体断裂综合征和癌症的理解
倾向。
项目成果
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