Η παρούσα εργασία είχε ως αντικείμενο, αρχικά, τη δημιουργία υβριδικών μορφών της πρωτεΐνης Geminin- ενός αρνητικού ρυθμιστή του κυτταρικού κύκλου- με το φθορίζον μόριο GFP (Green Fluorescent Protein). Πραγματοποιήθηκε τόσο αμινοτελική όσο και καρβοξυτελική σύντηξη της Geminin με το μόριο-ιχνηθέτη, έτσι ώστε να μελετηθεί η συμπεριφορά του νέου, υβριδικού μορίου και στις δύο περιπτώσεις και να εξεταστεί εάν ο προσανατολισμός της GFP πρωτεΐνης δύναται να μεταβάλλει το χαρακτήρα της σημασμένης πρωτεΐνης. Ακολούθησε ανίχνευση και παρακολούθηση καθενός υβριδικού μορίου σε ανθρώπινα καρκινικά κύτταρα μετά από διαμόλυνση για μικρό (παροδική διαμόλυνση διάρκειας 22 ωρών) ή μεγαλύτερο χρονικό διάστημα (σταθερά διαμολυσμένες κυτταρικές σειρές). Ο χαρακτηρισμός των φθοριζουσών μορφών της Geminin περιελάμβανε μελέτη τόσο του υποκυτταρικού εντοπισμού όσο και της χρονικής έκφρασης των μορίων και σύγκριση με τα αντίστοιχα χαρακτηριστικά του ενδογενούς μορίου. Ανάλυση του ενδοκυτταρικού εντοπισμού τόσο της καρβοξυτελικής όσο και της αμινοτελικής σύντηξης της Geminin με τη GFP, αποκάλυψε, εκτός του πυρηνικού φαινοτύπου, που παρατηρείται φυσιολογικά για το ενδογενές μόριο, σημαντικό ποσοστό παροδικά διαμολυσμένων κυττάρων με τα υβριδικά μόρια εκτός του πυρηνικού διαμερίσματος. Ο φαινότυπος αυτός εμφανίζεται – σε μικρότερο ποσοστό- ακόμη και στην περίπτωση σταθερά διαμολυσμένων κυττάρων, όπου τα επίπεδα έκφρασης της πρωτεΐνης Geminin-GFP είναι παρόμοια με τα αντίστοιχα του ενδογενούς μορίου. Στη σειρά αυτή, το μεγαλύτερο ποσοστό κυττάρων, παρά την ισχυρή μεταγραφική δραστηριότητα που προσδίδει ο CMV υποκινητής, εκφράζει το εξωγενές μόριο σύμφωνα με το πρότυπο που παρουσιάζει η ενδογενής Geminin, δηλαδή κατά τις φάσεις S και G1. Επομένως, η ρύθμιση της Geminin-GFP υβριδικής πρωτεΐνης πραγματοποιείται σε μεγάλο βαθμό σε μετα-μεταγραφικό επίπεδο. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει το γεγονός ότι η αλλαγή στην ενδοκυτταρική κατανομή του υβριδικού μορίου δεν παρουσιάζει τυχαία χρονική εμφάνιση. Το γεγονός ότι εμφανίζεται αποκλειστικά σε αρνητικά για κυκλίνη Α κύτταρα, φανερώνει την ύπαρξη συσχέτισης με τη φάση του κυτταρικού κύκλου και μάλιστα υποδηλώνει την επιλεκτική έξοδό της από τον πυρήνα κατά τη φάση G1. Πιθανόν, η έξοδος της Geminin από τον πυρήνα κατά τη φάση αυτή, να διασφαλίζει τη διεκπεραίωση της διαδικασίας της αδειοδότησης του γενετικού υλικού –αναστολέας της oποίας είναι η Geminin και κατ’ επέκταση την πρόοδο του κυτταρικού κύκλου Το φαινόμενο αυτό χρήζει περαιτέρω διερεύνησης μιας και η αλλαγή στην ενδοκυτταρική κατανομή πολλών ρυθμιστικών μορίων αποτελεί έναν αποδοτικό τρόπο ελέγχου της γονιδιακής έκφρασης στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς, ενώ παράλληλα φαίνεται να επηρεάζει πολλές ζωτικής σημασίας λειτουργίες. / The aim of the present study was the construction of fused forms of Geminin- a negative cell cycle regulator-with GFP (Green Fluorescent Protein). Amino- and carboxy terminal fusions of Geminin and GFP were performed, in order to study the behaviour of the hybrid molecule in both cases and to examine if the orientation of the reporter gene can interfere with the character of the new molecule. Each fused molecule was either transiently or stably transfected in human cancer cells and its behaviour was studied. The characterization of the fluorescent molecules of Geminin was performed at the level of subcellular localization and regulation throughout the cell cycle and was compared to the endogenous characteristics. Analysis of the subcellular distribution of both fused forms, revealed -apart from the nuclear phenotype, normally observed- a significant percentage of transiently transfected cells, where the hybrid molecules were excluded from the nucleus. This phenotype was observed- though less strongly- in the case of stably transfected cells, where the expression levels of Geminin-GFP protein are similar to the endogenous molecule. The majority of these cells, despite the strong CMV driven transcriptional activity, express Geminin-GFP during S and G1 phase, like the endogenous protein, suggesting that the regulation of Geminin-GFP is performed mainly at post-transcriptional level. This nuclear exclusion was observed according to a cell cycle- dependent manner. The phenomenon of nucleocytoplasmic shuttling of many proteins seems to be a very efficient way of controlling gene expression in eukaryotes. In order to elucidate the role of sucellular distribution of Geminin-GFP in cell cycle regulation, further examination of this phenomenon is needed.

Η διατήρηση της γονιδιωματικής σταθερότητας προϋποθέτει τη σωστή διαδοχή των φάσεων του κυτταρικού κύκλου. Σημαντικό μηχανισμό ελέγχου αποτελεί η αδειοδότηση της αντιγραφής του DNA, η οποία εξασφαλίζει την πλήρη αντιγραφή του γονιδιώματος μία μόνο φορά κατά τη διάρκεια κάθε κυτταρικού κύκλου. Η διαδικασία αυτή λαμβάνει χώρα στο τέλος της μίτωσης και κατά τη φάση G1 και περιλαμβάνει τη συγκρότηση των προ-αντιγραφικών συμπλόκων στις αφετηρίες της αντιγραφής του DNA. Τα σύμπλοκα αυτά απαρτίζονται από τις πρωτεΐνες MCM2-7 οι οποίες έχουν ενεργότητα ελικάσης. Σημαντικό παράγοντα αδειοδότησης αποτελεί η πρωτεΐνη Cdt1, η οποία συσσωρεύεται κατά τη φάση G1 του κυτταρικού κύκλου και απαιτείται για τη στρατολόγηση των ελικασών MCM2-7 στις αφετηρίες της αντιγραφής του DNA. Στα μετάζωα, η πρωτεΐνη Geminin, η οποία εκφράζεται κατά τις φάσεις S, G2 και Μ, αποτελεί αναστολέα του παράγοντα Cdt1 και προσδένεται σε αυτόν παρεμποδίζοντας την αδειοδότηση της αντιγραφής. Αρκετές μελέτες έχουν καταδείξει ότι η εκτοπική υπερέκφραση της πρωτεΐνης Cdt1 επάγει την επανέναρξη της αντιγραφής του DNA και τον υπερδιπλασιασμό του γονιδιώματος συμβάλλοντας στην ογκογένεση. Στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας μελετήθηκε η έκφραση του παράγοντα Cdt1 σε κλινικά δείγματα όγκων μαστού. Από την ανάλυση διαπιστώθηκε ότι η πρωτεΐνη Cdt1 υπερεκφράζεται στατιστικώς σημαντικά στην περιοχή του όγκου σε σύγκριση με τον παρακείμενο μη νεοπλασματικό ιστό, γεγονός που καταδεικνύει την πιθανή αξία του παράγοντα ως διαγνωστικού βιοδείκτη. Επιπλέον, η υπερέκφραση του συγκεκριμένου παράγοντα δείχθηκε ότι συσχετίζεται αντίστροφα με την παρουσία ή μη οιστρογονικών (ER) και προγεστερονικών υποδοχέων (PR). Επίσης, διαπιστώθηκε στατιστικώς σημαντική συσχέτιση μεταξύ της έκφρασης του παράγοντα Cdt1 και της έκφρασης του δείκτη πολλαπλασιασμού Ki67 καθώς και του υποδοχέα HER2/neu. Οι παρατηρήσεις αυτές υποδηλώνουν ότι ο παράγοντας Cdt1 ενδέχεται να αποτελεί δείκτη άσχημης πρόγνωσης στον όγκο μαστού. Επιπλέον η ανάλυση κατέδειξε σημαντική υπερέκφραση της πρωτεΐνης Cdt1 σε όγκους θετικούς για τον υποδοχέα HER2/neu σε σύγκριση με τα περιστατικά που δεν εξέφραζαν τον υποδοχέα. Δεδομένου ότι στο 95% των περιπτώσεων όγκων μαστού όπου διαπιστώνεται υπερέκφραση του υποδοχέα HER2/neu, αυτή οφείλεται σε ενίσχυση του αντίστοιχου γονιδίου, διερευνήθηκε κατά πόσο η γονιδιακή ενίσχυση θα μπορούσε να αποτελεί λειτουργική επίπτωση της ογκογόνου δράσης του παράγοντα Cdt1 στον όγκο μαστού. Η υπερέκφραση των παραγόντων αδειοδότησης Cdt1 και Cdc6 στις καρκινικές κυτταρικές σειρές HeLa και MCF7 είχε ως αποτέλεσμα την ανάπτυξη ανθεκτικών αποικιών στη μεθοτρεξάτη. Έχει δειχθεί ότι η ανθεκτικότητα στο φάρμακο αυτό οφείλεται κατά κύριο λόγο στη γονιδιακή ενίσχυση του ενζύμου διυδροφολική αναγωγάση (DHFR). Συνεπώς, είναι πιθανό η υπερέκφραση του παράγοντα Cdt1 να συμβάλλει στη δημιουργία γονιδιακής ενίσχυσης. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας μελετήθηκε η κινητική συμπεριφορά των πρωτεϊνών MCM2-7 με μεθόδους λειτουργικής μικροσκοπίας. Αρχικά αναπτύχθηκε ένα σύστημα μελέτης το οποίο βασίζεται στις μεθόδους FRAP και FLIP και επιτρέπει τη μελέτη της δυναμικής συμπεριφοράς των πρωτεϊνών MCM και κατ’ επέκταση τη χωροχρονική ποσοτική εκτίμηση της αδειοδότησης της αντιγραφής του DNA σε ζωντανά ανθρώπινα κύτταρα. Η ανάλυση της κινητικής των πρωτεϊνών MCM2 και MCM4 7. Περίληψη - Abstract - 212 - αποκάλυψε σημαντική διαφορά σε σύγκριση με την αντίστοιχη του παράγοντα Cdt1, καθώς οι πρωτεΐνες MCM παρουσιάζουν πιο σταθερή αλληλεπίδραση με τη χρωματίνη. Επίσης, διαπιστώθηκε σταδιακή πρόσδεση των πρωτεϊνών MCM στη χρωματίνη με την πρόοδο της φάσης G1, περαιτέρω πρόσδεση μορίων MCM στο τέλος της φάσης αυτής και σταδιακή αποδέσμευση αυτών από τη χρωματίνη καθώς εξελίσσεται η φάση S. Πειράματα FLIP αποκάλυψαν ότι η αλληλεπίδραση των πρωτεϊνών MCM με τη χρωματίνη λαμβάνει χώρα σε συγκεκριμένες υποπυρηνικές περιοχές. Οι περιοχές αυτές αυξάνονται σε αριθμό με την πρόοδο της φάσης G1 και ελαττώνονται με την εξέλιξη της φάσης S. Η παρατήρηση των υποπεριοχών αυτών κατά τη φάση S κατέδειξε ότι δεν συμπίπτουν με τις υποδομές της πρωτεΐνης PCNA, γεγονός που υποδεικνύει ότι οι πρωτεΐνες MCM2-7 δεν εντοπίζονται στις περιοχές σύνθεσης του DNA. Επιπλέον, διερευνήθηκε η πιθανή επίδραση της πρωτεΐνης Geminin στην κινητική συμπεριφορά των πρωτεϊνών MCM. Πειράματα αποσιώπησης της έκφρασης της πρωτεΐνης Geminin είχαν ως αποτέλεσμα τη μείωση του δεσμευμένου κλάσματος των πρωτεϊνών MCM2 και MCM4 κατά τη διάρκεια της φάσης G1, καθώς και την αποσταθεροποίηση των ήδη δεσμευμένων μορίων στο τέλος της φάσης αυτής. Επίσης, η απουσία της πρωτεΐνης Geminin είχε ως αποτέλεσμα την αδυναμία των κυττάρων να εισέλθουν στη φάση S. Συμπερασματικά, στο πρώτο μέρος της παρούσας εργασίας καταδείχθηκε η πιθανή αξία του παράγοντα Cdt1 ως διαγνωστικού και προγνωστικού βιοδείκτη στον όγκο μαστού. Επιπλέον, διαπιστώθηκε ότι η υπερέκφραση του παράγοντα Cdt1 πιθανώς συμβάλλει στη δημιουργία γονιδιακής ενίσχυσης, παρατήρηση που προτείνει ένα νέο μηχανισμό ογκογόνου δράσης του παράγοντα αυτού. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας διαπιστώθηκε ότι η κινητική των πρωτεϊνών MCM2 και MCM4 αλλάζει κατά τη διάρκεια των φάσεων G1 και S. Επίσης, η πρωτεΐνη Geminin δείχθηκε ότι απαιτείται για την πρόσδεση των πρωτεϊνών MCM στη χρωματίνη και για την πρόοδο των κυττάρων από τη φάση G1 στη φάση S, παρατήρηση που καταδεικνύει ένα πιθανό θετικό ρόλο της πρωτεΐνης Geminin στην αντιγραφή του DNA. / Tight regulation of the DNA replication initiation is crucial for the maintenance of genomic integrity. Faithful replication in time and space is ensured by a process called DNA licensing, which takes place in late mitosis and during G1 phase. Licensing involves the stepwise assembly of pre-replicative complexes at origins of replication. These complexes render DNA origins competent to initiate replication. Cdt1 is an essential regulator of DNA licensing that accumulates only in G1 phase of the cell cycle and is required for the recruitment of MCM2-7 helicases onto replication origins. In metazoans, Cdt1 is negatively regulated by a protein called Geminin, which is expressed from S to M phases. Geminin binds to Cdt1 preventing replication licensing. Several lines of evidence suggest that Cdt1 overexpression in cell lines and animals drives rereplication and contributes to genomic instability. In the first part of this thesis, Cdt1 expression levels were analyzed in breast cancer specimens. Cdt1 protein expression was correlated to clinicopathological parameters of the disease, proliferation index and HER2/neu status. Analysis revealed that Cdt1 was statistically significantly overexpressed in the invasive tumor areas compared to adjacent non-neoplastic tissue. Moreover, a significant inverse correlation was established between Cdt1 expression levels and oestrogen receptor (ER) and progesterone receptor (PR) status. A significant positive correlation of Cdt1 expression with the proliferation index Ki67 was demonstrated. These observations imply that Cdt1 may constitute a useful prognostic and diagnostic biomarker for breast cancer. Additionally, Cdt1 expression levels were significantly higher in HER2/neu score 3+ tumors (known to show HER2/neu gene amplification by FISH in 95% of cases) compared to HER2/neu negative tumors (known to show HER2/neu gene amplification by FISH in only 0-7% of cases). This observation prompted us to investigate whether gene amplification is a direct consequence of Cdt1 overexperssion. To this end, Cdt1 and Cdc6 were overexpressed in HeLa and MCF7 cell lines. The overexperssion of these licensing factors resulted in the generation of methotrexate resistance colonies. Given that the major cause of resistance to methotrexate is the increased expression levels of the enzyme dihydrofolate reductase (DHFR) due to gene amplification, it is probable that Cdt1 overexpression may lead to this type of genomic instability. In the second part of this thesis, live cell imaging techniques were used to assess dynamics of licensing within the cell nucleus. In particular, we established an in vivo licensing assay, which is based on FRAP and FLIP techniques and permits the investigation of the kinetics of MCM helicases within live human cells. FRAP analysis of GFP-MCM2 and GFP-MCM4 kinetics revealed that MCMs maintain stable association with chromatin during G1 phase in contrast to Cdt1, which exhibits transient interaction with chromatin throughout G1 phase. Moreover it was shown that MCMs are gradually bound to chromatin as G1 phase progresses, being maximally bound in late G1, before the onset of DNA replication and are displaced from chromatin during the course of S phase. Fluorescence-Loss-In-Photobleaching (FLIP) experiments indicated that MCM-chromatin association is not homogenous throughout the nucleus but shows subnuclear concentrations which differ as cells progress through G1 and are adjacent to sites of ongoing DNA synthesis in S phase cells. Moreover, it was shown that Geminin is required for MCM proteins being stably bound to chromatin as well as for proper progression of 7. Περίληψη - Abstract - 214 - cells from G1 to S phase. Taken together our results suggest additional levels of regulation of MCM chromatin association during G1 and S phases. Furthermore, Geminin appears to have a positive regulatory role in DNA replication.

Μηχανισμοί οι οποίοι εξασφαλίζουν τη σωστή διαδοχή των φάσεων του κυτταρικού κύκλου συμβάλλουν στη διασφάλιση της γονιδιωματικής σταθερότητας των κυττάρων. Η αδειοδότηση της αντιγραφής του DNA, η συγκρότηση επί των αφετηριών της αντιγραφής του DNA του προ-ανιγραφικού συμπλόκου, καθορίζει τη σωστή χρονικά και τοπικά έναρξη της αντιγραφής. Βασικό συστατικό αυτού του συμπλόκου είναι ο παράγοντας Cdt1. Η Geminin προσδένεται στο Cdt1, αναστέλοντας τη δράση του από την S μέχρι και την Μ φάση, παρεμποδίζοντας, έτσι, την αδειοδότηση της αντιγραφής. Παρά το οτι φυσική αλληλεπίδραση των δύο πρωτεϊνών έχει δειχθεί τόσο in vitro όσο και in vivo, προηγούμενες μελέτες δείχνουν οτι έκφραση των Cdt1 και Geminin εντοπίζεται σε διαφορετικές φάσεις του κυτταρικού κύκλου. Τα φυσιολογικά κύτταρα, ανάλογα με τα μηνύματα που δέχονται, είτε παραμένουν σε μιτωτικό κύκλο, είτε εξέρχονται από αυτόν προς φάση ηρεμίας (ή G0), διαφοροποίηση ή γήρανση. Αυστηρός συντονισμός των παραπάνω διαδικασιών είναι απαραίτητος προκειμένου να διασφαλιστεί η ομοιόσταση των πολύπλοκων δομών των ιστών των μεταζώων. Προηγούμενες μελέτες προτείνουν το σύστημα της αδειοδότησης της αντιγραφής του DNA ως έναν βασικό ρυθμιστή της εξόδου από τον κυτταρικό κύκλο και της επανεισόδου στη G1. Οι παράγοντες Cdt1 και Geminin ρυθμίζονται αρνητικά κατά την έξοδο των κυττάρων σε G0, ενώ έκφρασή τους χαρακτηρίζει διαιρούμενα κύτταρα. Σε αντίθεση με τις άλλες καταστάσεις εκτός κυτταρικού κύκλου, λίγα είναι γνωστά αναφορικά με τη ρύθμιση των Cdt1 και Geminin κατά την κυτταρική γήρανση. Στο πρώτο μέρος της διατριβής εστιαστήκαμε στη μελέτη του προτύπου έκφρασης των Cdt1 και Geminin κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου πρωτογενών ανθρώπινων ινοβλαστών, και στη σύγκρισή του με εκείνο των καρκινικών κυττάρων. Διαπιστώσαμε οτι τόσο η ενδοκυτταρική εντόπιση όσο και η ικανότητα των Cdt1 και Geminin να εκφράζονται σε συγκεκριμένες φάσεις του κυτταρικού κύκλου, δεν διαφοροποιούνται στους πρωτογενείς φυσιολογικούς ινοβλάστες σε σχέση με κύτταρα που προέρχονται από καρκινικό ιστό. Επιπλέον, δείξαμε οτι ο παράγοντας Cdt1 εκφράζεται αποκλειστικά σε BrdU-αρνητικά κύτταρα, σε αντίθεση με την Geminin, η οποία δείχνει να συσσωρεύεται σταδιακά μετά την έναρξη της S φάσης, ενώ δεν εντοπίστηκε συνέκφραση των δύο πρωτεϊνών στο χρονικό παράθυρο της G1/S μετάβασης. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας εστιαστήκαμε στη μελέτη της έκφρασης του παράγοντα αδειοδότησης Cdt1 και του αρνητικού ρυθμιστή αυτού, Geminin, κατά την είσοδο των κυττάρων σε κυτταρική γήρανση και εξετάσαμε την πιθανή λειτουργική εμπλοκή τους στην εξέλιξη του φαινομένου. Δείξαμε οτι, ενώ οι παράγοντες Cdt1 και Geminin διατηρούν τη σωστή ενδοκυτταρική εντόπιση και το σωστό πρότυπο έκφρασης κατά τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου, υφίστανται αρνητική ρύθμιση σε κύτταρα που εισέρχονται σε κυτταρική γήρανση, τόσο αναπαραγωγική όσο και πρόωρη, επαγόμενη από οξειδωτικό στρες. Το γεγονός οτι η μείωση της έκφρασης της Geminin προηγήθηκε της εμφάνισης του γηρασμένου φαινοτύπου, μας ώθησε στην περαιτέρω διερεύνιση του λειτουργικού ρόλου της Geminin στην επαγωγή της κυτταρικής γήρανσης. Για το σκοπό αυτό, απορρυθμίσαμε τα επίπεδα έκφρασης της Geminin σε πρωτογενή φυσιολογικά κύτταρα ανθρώπου και ποντικού, αξιοποιώντας την τεχνολογία του RNAi και ρετροϊικά συστήματα υπερέκφρασης γονιδίων αντίστοιχα. Δείξαμε οτι η μείωση της έκφρασης της Geminin σε ανθρώπινους ινοβλάστες (χρησιμοποιώντας siRNAs αλλά και pSUPER πλασμιδιακούς φορείς αποσιώπησης γονιδίων που κατασκευάστηκαν ειδικά για την Geminin) επάγει αύξηση της κυτταρικής γήρανσης της καλλιέργειας. Επιπλέον, κύτταρα που στερούνταν της έκφρασης της Geminin ήταν πιο επιρρεπή σε γήρανση επαγόμενη από οξειδωτικό στρες, σε σχέση με τα κύτταρα-μάρτυρες. Ετεροζυγώτες για το γονίδιο της Geminin εμβρυικοί ινοβλάστες ποντικού εμφάνιζαν μεγαλύτερα ποσοστά κυτταρικής γήρανσης σε σχέση με τους αντίστοιχους ινοβλάστες αγρίου τύπου. Αντίθετα, αύξηση των επιπέδων της Geminin σε αγρίου τύπου εμβρυικούς ινοβλάστες ποντικού προκάλεσε μείωση της εμφανιζόμενης γήρανσης. Τέλος, η μείωση των επιπέδων έκφρασης του παράγοντα αδειοδότησης Cdt1 σε ανθρώπινα κύτταρα ήταν, επίσης, σε θέση να επάγει ισχυρό φαινότυπο κυτταρικής γήρανσης. Συνοψίζοντας, τα αποτελέσματα μας αναδεικνύουν την κρισιμότητα του ισοζυγίου Cdt1:Geminin στα κύτταρα, και προτείνουμε οτι η διατάραξη της ισορροπίας αυτής είναι ικανή να επάγει κυτταρική γήρανση, μέσω διαδικασιών όπως η υπεραδειοδότηση ή η υποαδειοδότηση της αντιγραφής του DNA. / Genome integrity relies on the strict alternation of S and M phases of the cell cycle, so that one and only round of DNA replication takes place per cell cycle. This is achieved through replication licensing, which involves the formation of a multi-protein complex, the pre-replicative complex, onto origins of replication. Cdt1 is a crucial component of this complex and Geminin, a small protein shown to tightly bind Cdt1, inhibits its licensing function from S to M phase, when licensing is illegitimate. Although previous experimental evidence shows that Cdt1 and Geminin are expressed in different phases of the cell cycle, physical interaction between these two proteins has been demonstrated in vitro as well as in vivo. The fate of a normal cell is not perpetual division. Cells may exit the mitotic cell cycle to enter quiescence, to terminally differentiate or to senesce. These “out-of-cycle-states” must be strictly regulated in order to establish and maintain the hierarchical organization of complex tissues in metazoa. Replication licensing has been proposed to coordinate cell-cycle exit and re-entry in vitro and in metazoan tissues. Cdt1 and Geminin down-regulation during exit to quiescence supports the idea that their expression correlates with cell proliferation. In contrast to other out-of-cycle states, little is known about the regulation of Cdt1 and Geminin expression during cellular senescence. Senescence refers to the irreversible resting state of cells grown for succeeding passages in culture, as a response to DNA damage caused by telomeres erosion. Other stimuli, such as oxidative or oncogenic stress, may force mitotically competent cells to respond similarly, a phenomenon termed as Stress Induced Premature Senescence (SIPS). The first part of this work focused on the study of the expression patterns of Cdt1 and Geminin during the unperturbed cell cycle of primary human fibroblasts and compared to that of tumor-derived cell lines. The cell cycle specific expression and the intracellular localization of both proteins, as assessed at a single-cell level using indirect immunofluorescence and a new monoclonal antibody against Geminin, appear similar in primary fibroblasts compared to the cancer cells examined. Cdt1 is strictly expressed in BrdU-negative cells, whereas Geminin starts accumulating after S phase onset. The two proteins are, therefore, not co-expressed at the ”time-window” of G1/S transition of the cell cycle. We showed that Cdt1 levels, but not those of Geminin, are mainly regulated in a proteasome-dependent way during normal cell cycle of human primary and cancer cells. The second part of this work focused on the investigation of Cdt1 and Geminin during cellular senescence and their possible role in the establishment of the senescence phenotype. To this end, primary human fibroblasts were maintained in culture for succeeding passages in order to induce them to undergo replicative senescence. Alternatively, an H202-induced senescence protocol was applied to force cells to undergo premature senescence (Stress-Induced Premature Senescence/SIPS). We show that, although Cdt1 and Geminin retain their nuclear localization and are correctly expressed during specific phases of the cell cycle during both replicative and Η202-induced premature senescence, their expression levels are down-regulated. In SIPS-experiments, Geminin down-regulation is an early event during the establishment of the senescent-phenotype, as assessed by senescence-associated β-Galactosidase and BrdU incorporation assays. This prompted us to further examine Geminin’s functional significance in the establishment of cellular senescence. To achieve this, we interfered with Geminin expression levels in human and mouse cells. Using RNA interference techniques, we were able to show that Geminin depletion from human cells is able to induce a senescent-phenotype in a fraction of the treated culture. Similarly, Geminin-depleted human cells were more susceptible to Η202-induced premature senescence, compared to control cells. Heterozygotes for Geminin mouse embryonic fibroblasts were more prone to senescence compared to their control counterparts. In contrast, when Geminin was over-expressed in control mouse embryonic fibroblasts cultures, senescent phenotype was reduced. Finally, a strong senescent-phenotype was induced when the licensing regulator, Cdt1, was silenced within human cells. Taken together, we conclude that Cdt1:Geminin balance within cells is crucial, and when disturbed, is able to promote a senescent phenotype, possibly through a mechanism that involves over- or under-licensing of DNA replication.