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:10651884
- 负责人:
- 金额:$ 56.57万
- 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
- 来源:
- 关键词:AcuteAffectAlanineAnemiaBindingBiochemicalBiogenesisBiological AssayBlood CellsBone marrow failureC-terminalCatalytic DomainCell CycleCellsCellular biologyChromosomal translocationClustered Regularly Interspaced Short Palindromic RepeatsDNADNA BindingDNA Double Strand BreakDNA RepairDNA-PKcsDNA-dependent protein kinaseDataDefectDevelopmentDouble Strand Break RepairDouble-Stranded RNAEmbryoErythropoiesisG22P1 geneGene RearrangementGeneticGenetic studyGenomic InstabilityGenomic SegmentGoalsHematopoiesisHoloenzymesHumanHuman Cell LineImpairmentIn VitroLicensingLigationLymphocyteLymphomaMalignant - descriptorMalignant NeoplasmsMammalsMediatingMolecular ConformationMusMyeloid LeukemiaN-terminalNonhomologous DNA End JoiningOncogenicPathway interactionsPhasePhosphorylationPhosphotransferasesPhysiologicalProliferatingProteinsRNARNA BindingRNA ProcessingRNA metabolismRegulationRibosomal RNARibosomesRoleSmall Nucleolar RNAStressStructureSystemTailTestingTransfer RNATranslationsTumor SuppressionV(D)J RecombinationXRCC5 geneartemisataxia telangiectasia mutated proteincancer cellcancer clinical trialcancer therapyds-DNAendonucleasegenotoxicityin vivoinhibitorleukemia/lymphomalive cell imagingmouse modelpreservationpreventprotein kinase inhibitorrecruitsingle moleculesingle-molecule FRETtargeted cancer therapytelomeretool
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.
项目概要/摘要
我们的应用重点是 DNA 依赖性蛋白激酶 (DNA-PK),这是一种新的 DNA 修复因子
确定了 RNA 代谢中的作用和癌症治疗的目标,并将利用遗传、细胞生物学和单一方法
分子方法剖析 DNA-PK 在淋巴瘤和白血病发生和治疗过程中的作用。
基因组不稳定是人类癌症的标志。非同源末端连接 (NHEJ) 是 DNA 的主要组成部分
双链断裂(DSB)修复途径,是生理基因重排和
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) 和大催化亚基 (DNA-PKcs) 是对末端加工至关重要的 NHEJ 因子
(例如,发夹打开)和 NHEJ 期间的末端结扎。 DNA-PKcs 抑制剂正在进行 I/IIa 期癌症临床试验
治疗。在 NHEJ 期间,KU 与 DNA 末端结合,招募并激活 DNA-PKc。 DNA-PKcs 丢失会废除
Artemis 核酸内切酶介导末端加工而不废除末端连接。我们展示了这个表达式
激酶死亡 (KD) (DNA-PKcsKD/KD) 废除末端连接而不影响末端处理,从而揭示末端连接
DNA-PKcs 的保护作用受其自身激酶活性的调节。 DNA-PKcsKD/KD 小鼠的末端加工
被 ATM 抑制所阻断,表明末端加工需要 DNA-PKcs 蛋白,并且激酶活性来自
DNA-PKcs 或体内相关的 ATM 激酶。 DNA-PKcs 是 DNA-PK 最具特征的底物
也可以被ATM磷酸化。携带磷酸化缺陷 (DNA-PKcs5A/5A) DNA-PKcs 的小鼠
显示出轻微的末端连接缺陷并且对 ATM 抑制敏感。因此,我们建议一旦组装
KU 结合的 DNA、DNA-PK 磷酸化调节末端加工并最终释放 DNA-PKcs
许可末端连接。此外,我们发现Ku还可以指导DNA-PKcs在结构化RNA上的组装
(例如,rRNA 和 snoRNA),其中磷酸化缺陷 (DNA-PK5A) 或 KD DNA-PKcs (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。
这些发现揭示了 DNA-PK 在哺乳动物中的独立于 NHEJ 的作用。还有三分之二的DNA——
PKcsKD/KDTrp53-/- 小鼠死于核糖体应激诱导的骨髓性白血病,其中三分之一死于
具有 IgH-Myc 易位的淋巴瘤,强调了 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 依赖性组装可抑制淋巴瘤和白血病的发生。到
对此进行测试,我们将 1) 表征并比较 RNA 与 DNA 上的 KU 和 DNA-PK 动态; 2)阐明如何KU-
耗竭影响人体细胞中的 RNA 加工; 3)确定KU80 C端的生理功能
淋巴瘤和白血病发生以及 DNA-PKc 的募集和稳定中的结构域和尾部。这
结果将揭示 DNA-PK 的 RNA 和 DNA 依赖性功能的调节和功能,DNA-PK 是必需的
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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