Mechanism and Regulation of DNA recombination in Saccharomyces cerevisiae

酿酒酵母DNA重组机制及调控

基本信息

  • 批准号:
    9912782
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 30.65万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2007
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2007-05-01 至 2021-04-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Homologous recombination (HR) plays an essential role in maintaining stability of genetic information, and even a minor deficiency in HR leads to severe diseases including cancer. Recombination repairs DNA double- strand breaks (DSBs) that occur spontaneously, or are induced by chemicals or irradiation such as used in cancer therapy. Nearly all we know about recombination processes comes from studies of two-ended double strand breaks (DSBs) induced by endonucleases (e.g. I-SceI, HO). However, it is well established that spontaneous chromosomal breaks are predominantly single-ended DSBs (seDSBs), as they arise during DNA replication when a replication fork runs into a nick. In bacteria that contain a single replication origin per genome, broken forks are repaired by Pri proteins capable of reloading the replisome at any genomic location. However, Pri proteins are not conserved, and the mechanism of broken fork repair in eukaryotes remains undefined. Our long-term goal is to understand the molecular mechanisms and regulation of DSB repair including broken replication fork repair, and to understand how deficiencies in these processes affect genomic instability. The objective of this project is to define the mechanistic features of Broken Fork Repair (BFR), which is the most common, yet poorly understood, type of DSB repair. We propose that eukaryotes repair broken replication forks using a combination of the structure-specific nuclease Mus81/Mms4 and a converging fork initiated at the next active or damage-activated origin. We further propose that this mechanism restricts the usage of highly mutagenic DNA synthesis via the well-characterized Break Induced Replication (BIR) process. The central question is whether eukaryotes are able to reestablish replication forks at the site of fork breakage as demonstrated in bacteria. What are the genetic requirements for broken fork repair and how do they differ from mutagenic BIR? What is the fate of replisome proteins at broken forks? These questions will be addressed in the yeast model organism Saccharomyces cerevisiae, where all replication origins are annotated and Flp recombinase-induced broken fork assays are available. We will define whether functional forks can be reestablished and whether dormant origins are activated in the vicinity of the broken fork using the hydrolytic end sequencing (HydEn-seq) method. The stability of the replisome after fork breakage will be studied using chromatin immunoprecipitation. We will also study the role and regulation of structure-specific nucleases in the repair of broken forks. The most common types of genomic rearrangements that occur during BFR and BIR stem from template switches and half crossovers. We will identify the genetic requirements for these events. At the conclusion of this project we expect to: (i) provide new molecular tools to study BFR, (ii) delineate the major mechanism of BFR, and (iii) uncover mechanisms that prevent mutagenic BIR, which is believed to account for a significant fraction of genomic rearrangements associated with human disease. Our work strives to define conserved pathways for the maintenance of chromosome integrity and has strong relevance to human health.
同源重组(HR)在维持遗传信息的稳定性方面发挥着重要作用, 即使人力资源的轻微缺陷也会导致包括癌症在内的严重疾病。重组修复DNA双链 链断裂(DSB)自发发生,或由化学物质或辐射诱导,例如用于 癌症治疗。我们对重组过程的了解几乎全部来自对两端双链的研究 由核酸内切酶(例如 I-SceI、HO)诱导的链断裂 (DSB)。然而,众所周知 自发染色体断裂主要是单端 DSB (seDSB),因为它们在 DNA 过程中出现 当复制叉遇到缺口时进行复制。在每个含有单个复制起点的细菌中 在基因组中,断裂的分叉由 Pri 蛋白修复,Pri 蛋白能够在任何基因组位置重新加载复制体。 然而,Pri蛋白并不保守,真核生物中断裂叉修复的机制仍然存在 不明确的。我们的长期目标是了解 DSB 修复的分子机制和调控 包括断裂的复制叉修复,并了解这些过程的缺陷如何影响基因组 不稳定。该项目的目标是定义断叉修复(BFR)的机械特征, 这是最常见但人们知之甚少的 DSB 修复类型。我们建议真核生物修复 使用结构特异性核酸酶 Mus81/Mms4 和聚合酶的组合来破坏复制叉 在下一个活动或损坏激活的原点启动的分叉。我们进一步建议该机制限制 通过充分表征的断裂诱导复制 (BIR) 过程使用高度诱变 DNA 合成。 核心问题是真核生物是否能够在复制叉断裂处重建复制叉 正如细菌所证明的那样。修复断叉的遗传要求是什么以及它们有何不同 来自诱变 BIR?断裂叉上的复制体蛋白的命运如何?这些问题将会 在酵母模型生物酿酒酵母中解决,其中所有复制起点均已注释 和 Flp 重组酶诱导的断叉测定可用。我们将定义功能分叉是否可以 重新建立以及是否使用水解在破损的叉子附近激活休眠起源 末端测序(HydEn-seq)方法。将使用以下方法研究叉断裂后复制体的稳定性 染色质免疫沉淀。我们还将研究结构特异性核酸酶在 修理损坏的货叉。 BFR 和 BIR 期间发生的最常见的基因组重排类型 源于模板开关和半交叉。我们将确定这些事件的遗传要求。在 该项目的结论是,我们期望:(i) 提供新的分子工具来研究 BFR,(ii) 描述 BFR 的主要机制,以及 (iii) 揭示防止诱变 BIR 的机制,这被认为是 占与人类疾病相关的基因组重排的很大一部分。我们的工作力求 定义维持染色体完整性的保守途径,并与 人类健康。

项目成果

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