Single-molecule dissection of a tumor- and virus-suppressing Smc complex involved in genome maintenance

参与基因组维护的肿瘤和病毒抑制 Smc 复合物的单分子解剖

基本信息

项目摘要

Project Summary/Abstract The structural maintenance of chromosomes (Smc) 5/6 complex plays a critical role in tumor suppression and the repression of tumor-causing viruses, such as the hepatitis B virus. Smc5/6 exerts these clinical functions by promoting faithful genome replication, coordinating DNA repair, and silencing extra-chromosomal DNA. However, there is little understanding of how Smc5/6 operates as a molecular machine, hindering our ability to intervene in Smc5/6’s health-related functions. Our central hypothesis is that Smc5/6 operates as a dynamic molecular machine that compacts DNA, intrinsically binds to DNA fork junctions, and co-localizes with replication factors. The long-term goal of this research is to understand how defects in Smc5/6 promote genome instability and malignant transformation. This project’s immediate objective is to elucidate the biophysical properties of the Smc5/6 complex by utilizing correlative single-molecule fluorescence and force microscopy, which combines optical tweezers, automated microfluidics, and multi-color confocal microscopy. In Specific Aim 1, Smc5/6’s DNA compaction abilities will be assayed on individual DNA tethers. The effect of the subunits of Smc5/6 and ATP will be systematically tested. The outcome of this work will define the role of each of these components on Smc5/6’s DNA compaction behavior. In Specific Aim 2, the binding behavior and dynamic movement of fluorescently-labeled Smc5/6 will be monitored on double-stranded DNA, single-stranded DNA, and fork junctions in real time. In Specific Aim 3, Smc5/6’s interactions with replication factors will be defined by a first-of-its-kind in vitro reconstitution of the eukaryotic replisome. Overall, this project will: (1) consolidate our understanding of Smc5/6 at the molecular level; (2) yield important insights into how eukaryotes maintain genome integrity and suppress tumors; and (3) potentiate new strategies to modulate Smc5/6’s physiological functions as a tumor suppressor and host restriction factor. Dr. Xiaolan Zhao, an expert on Smc5/6 biology who has a proven track-record for training successful scientists, and Dr. Shixin Liu, an expert on single-molecule technology who practices active mentorship, are co-sponsoring this proposal. The research efforts will take place at the Rockefeller University within the deeply supportive Tri-Institutional MD- PhD Program. This proposal and fellowship is an important career milestone for dual-degree students seeking to become independent investigators.
项目摘要/摘要 染色体的结构维持(SMC)5/6复合物在肿瘤抑制和 引起肿瘤病毒的表达,例如乙型肝炎病毒。 SMC5/6通过 促进忠实的基因组复制,协调DNA修复和沉默的外染色体DNA。 但是,对SMC5/6作为分子机的运行方式几乎没有理解,阻碍了我们的能力 干预SMC5/6的健康相关功能。我们的中心假设是SMC5/6作为动态 压缩DNA,本质上结合DNA叉连接的分子机,并与复制共定位 因素。这项研究的长期目标是了解SMC5/6中缺陷如何促进基因组不稳定性 和恶性转变。 该项目的直接目标是通过使用SMC5/6复合物的生物物理特性 相关的单分子荧光和力显微镜结合了光学镊子,自动化 微流体和多色共聚焦显微镜。在特定的目标1中,SMC5/6的DNA压实能力将是 在单个DNA系上进行测定。 SMC5/6和ATP亚基的影响将进行系统测试。 这项工作的结果将定义这些组件在SMC5/6的DNA压实中的作用 行为。在特定的目标2中,荧光标记的SMC5/6的结合行为和动态运动将会 在双链DNA,单链DNA和叉子连接处进行监测。在特定的目标3中 SMC5/6与复制因素的相互作用将由首先的体外重构定义 真核生物复制体。 总体而言,该项目将:(1)巩固我们在分子水平上对SMC5/6的理解; (2)产生很重要 深入了解真核生物如何保持基因组完整性并抑制肿瘤; (3)潜在的新策略 将SMC5/6的物理功能调节为肿瘤抑制和宿主限制因子。小赵博士, SMC5/6生物学专家,拥有培训成功科学家的良好田径记录,以及Shixin Liu博士, 实践积极精神训练的单分子技术专家正在共同发起该建议。 研究工作将在洛克菲勒大学(Rockefeller University 博士计划。对于寻求双学位学生来说,这项建议和奖学金是一个重要的职业里程碑 成为独立调查员。

项目成果

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