細胞は革新的な修復戦略でDNA損傷に立ち向かう
細胞がDNAの損傷をどうやって管理するか、REV1みたいなタンパク質の役割について学ぼう。
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私たちの体の細胞は、DNAを傷つける脅威に常にさらされています。DNAは生命の指示を持つ遺伝物質だから、その損傷は体の内外から来ることがあります。DNAが傷つくと、細胞分裂中に問題が起きて、突然変異や染色体の再配置、ひいては細胞死など、いろんな問題が生じることあります。
DNAの複製中、ポリメラーゼという特別なタンパク質がDNAを読み取り、コピーを作ります。もしポリメラーゼが傷ついたDNAに出くわしたら、働きが止まって複製プロセスがストップしちゃいます。このストップが長引くと、DNA複製に必要な機械が壊れちゃうことも。これが起こると、DNAに片側の切れ目ができて、細胞の正常な機能を脅かすことになります。
細胞がDNA損傷にどう対処するか
細胞は、複製がストップすることで深刻な問題が起こるのを防ぐために、DNA損傷を扱う戦略を発展させてきました。細胞が使う主な戦略は、テンプレートスイッチングとトランスレーション合成(TLS)です。
テンプレートスイッチング
テンプレートスイッチングは、細胞が損傷にもかかわらずDNA複製を続けるためにバックアップのメカニズムを使う方法です。これには、損傷していない似たようなDNAの部分を見つけて、そのテンプレートを使って複製を続けることが含まれます。この方法には、相同組換えやフォークの逆転などの技術が含まれることがあります。
相同組換えは、同様の無傷のDNAを使って損傷部分をバイパスすることができます。フォークの逆転は、複製フォークのDNA鎖が自分自身に折り返って別の構造を形成する現象です。この折り返しはDNAを保護して、複製を続ける前に修復プロセスが行えるようにするのを助けます。
トランスレーション合成(TLS)
二つ目の戦略であるトランスレーション合成は、損傷したDNAの部分を複製できる特別なポリメラーゼを呼び寄せることを含みます。これらのポリメラーゼ、特にYファミリーに属するものは、通常のポリメラーゼが扱えない損傷した塩基を処理できます。
TLSは素早く修復する手段ですが、ミスを犯しやすく、突然変異を引き起こすことがあります。細胞は、こうした突然変異を許容することもあって、特に放射線や特定の化学物質にさらされた後に生き残るのを助けてくれます。
REV1のDNA損傷耐性における役割
TLSのプロセスで重要なタンパク質の一つがREV1です。REV1は、損傷したDNAの部分に特別なポリメラーゼを呼び寄せるのを助けます。このタンパク質は、他のタンパク質と相互作用して修復プロセスを促進する様々なドメインを持っています。
果実バエの研究では、REV1がアルキル化剤によって引き起こされるDNA損傷を細胞が耐え、修復するのに重要な役割を果たすことが分かりました。REV1がないハエは、このタンパク質を持つものよりも損傷を受けやすいです。
REV1喪失の影響
REV1タンパク質がないハエを調べたところ、DNA損傷を引き起こす化学物質にさらされた後、生存が難しくなることが分かりました。REV1がないことで、急速に分裂している細胞(幼虫組織に見られる)で二本鎖切れや染色体の損傷が増加しました。これは、REV1がDNAにストレスがかかっているときに細胞を深刻な損傷から守るのに重要であることを示しています。
特定の組織では、REV1がないことで多くの壊れたDNAが蓄積され、細胞死につながりました。発達過程で十分な細胞が早く死ぬと、個体が成長することができなくなるかもしれません。
細胞の種類による違い
興味深いことに、DNA損傷に対する感受性は、全体の生物と培養細胞の間で大きく異なることが研究によって示されています。例えば、培養されたS2細胞は、実際の果実バエの細胞と同じ損傷感受性を示しません。これは、培養細胞の挙動が生きた生物での挙動を完全には表していないことを示唆しています。
複数の修復メカニズムの重要性
研究者たちは、REV1タンパク質内の異なるドメインが協力して、細胞がDNA損傷に対応するのを助けることを発見しました。REV1タンパク質の特定の部分を取り除くと、損傷物質への感受性が高まることがあり、各部分がDNAの損傷修復の効果において重要な役割を果たしていることを示しています。
特定の機能を損なう突然変異は、細胞がDNA損傷に対して著しく敏感になる原因となります。これは、修復プロセスの一つの側面が重要である一方で、最適なDNA損傷耐性のためには複数の機能が協力しないといけないことを示しています。
癌研究への影響
DNA損傷修復がどう機能するかを理解することは、癌研究において重要です。なぜなら、多くの癌治療が腫瘍細胞のDNAを傷つけてそれを殺すことに関与しているからです。REV1のようなタンパク質とそのDNA修復における役割を研究することで、研究者は癌細胞を治療に対してより脆弱にする新しい戦略を発見できるかもしれません。
REV1の活性を抑制することが、特定の化学療法薬の効果を高めることが示されていて、このタンパク質をターゲットにすることで癌治療の改善に繋がる可能性があります。研究者たちは、REV1を抑制する新しい化合物を探求しており、それが癌細胞のDNA修復能力を減少させて、既存の治療により効果的にするかを調べています。
結論
要するに、細胞はDNA損傷に対処するための複雑なメカニズムを発展させてきて、これは生存や遺伝的安定性を維持するのに不可欠です。REV1のようなタンパク質は、損傷したDNAを修復するのを助けたり、エラーの影響を受けながらも細胞が複製を続けられるようにしたりする上で重要な役割を果たしています。これらのメカニズムを理解することで、癌治療の洞察が得られるかもしれず、腫瘍細胞におけるDNA修復経路を標的とした新しい治療法の開発に繋がる可能性があります。
タイトル: REV1 Coordinates a Multi-Faceted Tolerance Response to DNA Alkylation Damage and Prevents Chromosome Shattering in Drosophila melanogaster
概要: When replication forks encounter damaged DNA, cells utilize DNA damage tolerance mechanisms to allow replication to proceed. These include translesion synthesis at the fork, postreplication gap filling, and template switching via fork reversal or homologous recombination. The extent to which these different damage tolerance mechanisms are utilized depends on cell, tissue, and developmental context-specific cues, the last two of which are poorly understood. To address this gap, we have investigated damage tolerance responses following alkylation damage in Drosophila melanogaster. We report that translesion synthesis, rather than template switching, is the preferred response to alkylation-induced damage in diploid larval tissues. Furthermore, we show that the REV1 protein plays a multi-faceted role in damage tolerance in Drosophila. Drosophila larvae lacking REV1 are hypersensitive to methyl methanesulfonate (MMS) and have highly elevated levels of {gamma}-H2Av foci and chromosome aberrations in MMS-treated tissues. Loss of the REV1 C-terminal domain (CTD), which recruits multiple translesion polymerases to damage sites, sensitizes flies to MMS. In the absence of the REV1 CTD, DNA polymerases eta and zeta become critical for MMS tolerance. In addition, flies lacking REV3, the catalytic subunit of polymerase zeta, require the deoxycytidyl transferase activity of REV1 to tolerate MMS. Together, our results demonstrate that Drosophila prioritize the use of multiple translesion polymerases to tolerate alkylation damage and highlight the critical role of REV1 in the coordination of this response to prevent genome instability. Author SummaryOrganisms have evolved several ways to continue copying their DNA when it is damaged, grouped into the categories of translesion synthesis and template switching. These damage tolerance mechanisms prevent replication forks from collapsing when they encounter DNA damage and prevent catastrophic genome instability and cell death. While the proteins and pathways involved in damage tolerance are beginning to be understood at the single cell level, how they are regulated in multicellular organisms is an intriguing question. In this study, we investigated the mechanisms by which Drosophila tolerate alkylation damage during their development. We discovered that tissues containing rapidly dividing diploid cells favor translesion synthesis over template switching, preferentially utilizing different translesion polymerases in a context-dependent manner. Furthermore, we showed that the REV1 protein, best known for its role in recruiting translesion DNA polymerases to damage sites, performs multiple functions during damage tolerance. Together, our results demonstrate that damage tolerance preferences for multicellular organisms may differ from those observed in cultured cells, and establish Drosophila as a useful model system for studying tolerance mechanisms.
著者: Mitch McVey, V. Khodaverdian, T. Sano, L. Maggs, G. Tomarchio, A. Dias, C. Clairmont, M. Tran
最終更新: 2024-02-13 00:00:00
言語: English
ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.13.580051
ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.02.13.580051.full.pdf
ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。
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