京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(生命科学) / 甲第24272号 / 生博第486号 / 新制||生||64(附属図書館) / 京都大学大学院生命科学研究科高次生命科学専攻 / (主査)教授 松本 智裕, 教授 高田 穣, 教授 原田 浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Philosophy in Life Sciences / Kyoto University / DFAM

京都大学 / 新制・課程博士 / 博士(人間・環境学) / 甲第24692号 / 人博第1065号 / 新制||人||250(附属図書館) / 2022||人博||1065(吉田南総合図書館) / 京都大学大学院人間・環境学研究科相関環境研究専攻 / (主査)教授 高田 穣, 教授 宮下 英明, 教授 川本 卓男, 教授 原田 浩 / 学位規則第4条第1項該当 / Doctor of Human and Environmental Studies / Kyoto University / DFAM

The full text will be available at the end of the embargo period: 3rd April 2025 / The author's name as given on this thesis is Francis MPRAH BARNIEH. His publications use the name format Francis M. Barnieh.

Yes / Vast numbers of votive mummies were produced in Egypt during the Late Pharaonic, Ptolemaic, and Roman periods. Although millions remain in situ, many were removed and have ultimately entered museum collections around the world. There they have often languished as uncomfortable reminders of antiquarian practices with little information available to enhance their value as artefacts worthy of conservation or display. A multi-disciplinary research project, based at the University of Manchester, is currently redressing these issues. One recent aspect of this work has been the characterization of natural products employed in the mummification of votive bundles. Using gas chromatography–mass spectrometry and the well-established biomarker approach, analysis of 24 samples from 17 mummy bundles has demonstrated the presence of oils/fats, natural waxes, petroleum products, resinous exudates, and essential oils. These results confirm the range of organic materials employed in embalming and augment our understanding of the treatment of votives. In this first systematic initiative of its kind, initial findings point to possible trends in body treatment practices in relation to chronology, geography, and changes in ideology which will be investigated as the study progresses. Detailed knowledge of the substances used on individual bundles has also served to enhance their value as display items and aid in their conservation. / RCB is supported by a PhD studentship from the Art and Humanities Research Council (43019R00209). L.M. and S.A.W. are supported by a Leverhulme Trust Research Project Award (RPG-2013-143).

Yes / 2-Amino-1-methyl-6-phenylimidazo [4,5-b]pyridine (PhIP) is a central dietary mutagen, produced when proteinaceous food is heated at very high temperatures potentially causing DNA strand breaks. This study investigates the protective potential of a well-researched flavonoid, myricetin in its bulk and nano-forms against oxidative stress induced ex vivo/in vitro by PhIP in lymphocytes from pre-cancerous monoclonal gammopathy of undetermined significance (MGUS) patients and those from healthy individuals. The results from the Comet assay revealed that in the presence of myricetin bulk (10 µM) and myricetin nano (20 µM), the DNA damage caused by a high dose of PhIP (100 µM) was significantly (P < 0.001) reduced in both groups. However, nano has shown better protection in lymphocytes from pre-cancerous patients. Consistent results were obtained from the micronucleus assay where micronuclei frequency in binucleated cells significantly decreased upon supplementing PhIP with myricetin bulk (P < 0.01) and myricetin nano (P < 0.001), compared to the PhIP treatment alone. To briefly determine the cellular pathways involved in the protective role of myricetin against PhIP, we studied gene expression of P53 and ATR kinase (ATM- and Rad3-related), using the real-time PCR technique.

Die Schwammskelette der Ordnung Verongida zeichnen sich durch das Fehlen mineralischer Komponenten aus. Stattdessen bestehen sie aus Spongin, einem kollagenartigen Protein, und Chitin. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden die aus solch einem Chitin-Protein-Komplex bestehenden Skelette der Schwammspezies Aplysina cavernicola und Ianthella basta aus der Ordnung Verongida untersucht. Aufgrund ihrer morphologischen Unterschiede wurde für jede Schwammart eine eigene Methode zur Isolierung der Schwammskelette entwickelt. Die isolierten Skelette konnten anschließend mit verschiedenen Methoden wie REM, ATR-FTIR-Spektroskopie und NMR-Spektroskopie charakterisiert werden. Weiterhin wurde eine Methode zur Extraktion und Analyse der in den Skeletten befindlichen Aminosäuren mittels GC-MS entwickelt. Die Untersuchungen zeigten deutlich, dass es sich bei Spongin um ein kollagenartiges und halogeniertes Protein handelt, welches je nach Schwammart Unterschiede in der Aminosäurezusammensetzung aufweist. Darüber hinaus gelang es zum ersten Mal das Chitin aus dem Chitin-Protein-Komplex mittels Phosphorsäure zu entfernen. Aus den gewonnenen Erkenntnissen konnte abschließend ein Modell zum Aufbau des Chitin-Protein-Komplexes in der Schwammspezies Aplysina cavernicola entwickelt werden.

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN. / Nucleotide excision repair (NER) is a critical pathway in humans for repairing highly genotoxic helix-distorting DNA lesions that strongly block both replication and transcription. Among these lesions are ultraviolet-induced 6-4 photoproducts (6-4PPs) and cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs). The physiological importance of NER is highlighted by individuals afflicted with Xeroderma pigmentosum (XP), who carry mutations in NER pathway genes and as such exhibit extreme photosensitivity and remarkable predisposition to cutaneous tumorigenesis (1000-fold increase). On the other hand patients with the variant form of Xeroderma pigmentosum (XPV) are considered proficient in NER, and rather carry germline mutations in the gene encoding DNA polymerase η (polη). Polη is a specialized translesion DNA polymerase able to accurately bypass certain lesions including CPDs which otherwise completely inhibit the progression of normal replicative polymerases, thereby preventing mutations and allowing the resumption of DNA synthesis. The main goal of this thesis was to elucidate the potential role in NER of major DNA damage signalling cascades, including that regulated by the ataxia telangiectasia and rad 3-related kinase (ATR). Following UV irradiation, ATR is rapidly activated and phosphorylates hundreds of proteins that regulate cell cycle checkpoints and maintain genomic stability. We postulated that ATR might regulate NER in a cell cycle-specific manner. However testing this presented a great challenge, as (for technical reasons) traditional NER assays have to date not been adapted for evaluation of repair kinetics during individual phases of the cell cycle. We therefore developed a novel flow cytometry-based assay for sensitive quantification of 6-4PPs and CPDs repair efficiency during each of G0/G1, S, and G2/M. With this new assay, we were able to show that inhibition of either ATR or polη results in strong inhibition of NER capacity exclusively during S phase of the cell cycle. This revealed, for the first time, a critical function for these proteins in removal of replication-blocking DNA adducts. In addition, we demonstrated that active DNA synthesis is required for S phase-specific repair inhibition, reflecting a potential relationship between NER and replication. Intriguingly, we also showed that among six tumor cell lines, three exhibit total abrogation of NER uniquely during S phase, indicating that many human cancers may be characterized by such a defect. Our findings therefore could harbour important implications for cancer treatment. Indeed, NER status of tumors clearly appears to constitute a major determinant in the clinical response to chemotherapeutic drugs such as cisplatin, which inhibit the growth of rapidly proliferating cancer cells through induction of replication-blocking DNA lesions.

The aim of this diploma thesis is the application of vibrational spectroscopy in pharmaceutical analysis in studying solid pharmaceutical forms. The surface of tablet samples containing the active substance from the group of statins has been studied especially by the methods infrared microscopy. Spectral maps of samples were collected thanks to the techniques of specular reflection, attenuated total reflection (ATR) and "inverse" ATR after determining optimal conditions for measurements. In order to evaluate these measured maps, one-dimensional analysis and principal component analysis were used. As the same samples of tablets were also measured by Raman microscopy, the comparison has been provided. The measured distribution maps enable both a determination of substances in the sample and conclusion concerned a method of tablets' preparation. The method in this case is a granulation, which has been found out from a comparison of maps of generic and original medicament. The specular reflection method was selected to be the most appropriate technique for obtaining the maps of the surface of a tablet, via confrontation of particular methods consequently with consideration of their advantages and disadvantages in the measurement and data processing.

La protéine E4F1 découverte comme cible cellulaire de l'oncoprotéine adénovirale E1A est une protéine ubiquitaire agissant comme facteur de transcription et comme E3-ligase atypique. La protéine E4F1 interagit également directement avec plusieurs gènes suppresseurs de tumeurs et des oncoprotéines, suggérant son implication dans la tumorigénèse. Des travaux antérieurs du laboratoire, sur les fonctions cellulaires d’E4F1 dans les cellules cancéreuses ont montré que sa déplétion entraîne une mort cellulaire massive dans les Mefs transformés déficients en p53. De plus, E4F1 contrôle directement l'expression de 38 gènes, notamment impliqués dans le métabolisme cellulaire et les checkpoints du cycle cellulaire/Réponse aux dommages de l'ADN (DDR), tel que Chek1 qui code un composant majeur du checkpoint ATR/ATM. Conformément à ce rôle d’E4F1 dans la survie des cellules cancéreuses chez la souris, des patientes atteintes d'un cancer du sein triple négatif (TNBC) exprimant fortement E4F1 présentent une survie sans rechute (RFS) plus faible.Nous avons donc décidé d’étudier pour la première fois le programme transcriptionnel d’E4F1 dans les cellules humaines et d’explorer son rôle dans la survie des cellules de TNBC, avec une attention particulière pour son rôle dans la réponse aux agents de chimiothérapie.Les transcriptomes (RNAseq) de cellules SUM159 de TNBC montrent, lors de la déplétion d’E4F1, une diminution de l’expression de 147 des 276 gènes associés à la DDR. La combinaison de RNAseq et de ChIPseq révèle qu’E4F1 régule directement 57 gènes dans les cellules de TNBC humaines. Parmi ces gènes, E4F1 lui-même, CHEK1, mais aussi TTI2 et PPP5C codant pour des régulateurs post-transcriptionnels de l'axe ATM/ATR-CHK1, et définissant ainsi un "régulon" ATM/ATR-CHK1, encore inconnu et dépendant d’E4F1. TTI2 forme avec TELO2 et TTI1, le complexe TTT nécessaire au repliement correct et à la stabilité des protéines de la famille PIKK, telles qu’ATR et ATM. La phosphatase PPP5C est impliquée dans l'activation de la signalisation ATR-CHK1. Fait important, nous montrons qu’E4F1 se fixe sur et régule probablement ces trois gènes in vivo dans des tumeurs TNBC dérivées de patientes (PDTX). Dans la lignée SUM159 et les PDTX, le recrutement d’E4F1 sur ces gènes est augmenté lors du traitement avec la Gemcitabine, un agent de chimiothérapie bloquant la réplication de l’ADN. Étonnamment, nous avons révélé qu’E4F1 contrôle aussi indirectement l'expression de TELO2, un second membre du complexe TTT. Par conséquent, dans les cellules TNBC déplétées en E4F1, les taux de protéines des CHK1, TTI2, TELO2 mais aussi des kinases ATM/ATR, sont fortement diminués, entraînant une déficience de la DDR. Ainsi, les cellules SUM159 déplétées en E4F1 ne parviennent pas à s'arrêter en phase S lors du traitement à la Gemcitabine et sont hautement sensibilisées à cet agent de chimiothérapie, ainsi qu'à d'autres agents endommageant l'ADN comme le Cisplatine. Dans leur ensemble, mes travaux de thèse révèlent que la voie de signalisation ATM/ATR-CHK1, et la réponse au stress / dommages de l'ADN sont étroitement contrôlées aux niveaux transcriptionnel et post-transcriptionnel par E4F1. E4F1 apparait donc comme un acteur central dans la survie cellulaire des cellules TNBC, en particulier lorsqu'elles sont exposées à des agents endommageant l'ADN ou à des agents de chimiothérapie. Ainsi E4F1 pourrait représenter un marqueur pronostique de réponse à la chimiothérapie et une cible thérapeutique potentielle. / The E4F1 protein discovered as the cellular target of the adenoviral oncoprotein E1A is a ubiquitous protein acting both as a transcription factor and as an atypical E3-ligase. E4F1 protein also interacts directly with several cellular tumor suppressors and oncoproteins, suggesting its involvement in tumorigenesis. Previous laboratory work on the cellular functions of E4F1 in cancer cells has shown that its depletion leads to massive cell death in transformed Mefs deficient in p53. In addition, E4F1 directly controls the expression of 38 genes, including genes involved in cell metabolism and cell cycle checkpoints/DNA Damage Response (DDR), such as Chek1 that encodes a major component of the ATR/ATM checkpoint. Consistent with this role of E4F1 in cancer cell survival in mice, patients with triple-negative breast cancer (TNBC) with high E4F1 expression exhibit a poorer relapse free survival (RFS).We therefore aimed to study for the first time the transcriptional program of E4F1 in human cells and explore its role in the survival of TNBC cells, with particular focus on its role in the response to chemotherapy agents.Transcriptomes (RNAseq) of SUM159 TNBC cells show, when E4F1 is depleted, a decrease in expression of 147 out of 276 DDR-associated genes. The combination of RNAseq and ChIPseq shows that E4F1 directly regulates 57 genes in human TNBC cells. Among these genes, E4F1 itself, CHEK1, but also TTI2 and PPP5C coding for post-transcriptional regulators of the ATM/ATR-CHK1 axis, and thus defining an ATM/ATR-CHK1 "regulon", undescribed and E4F1-dependent. TTI2 composes with TELO2 and TTI1, the TTT complex required for the correct folding and stability of PIKK family proteins, such as ATR and ATM. PPP5C phosphatase is involved in the activation of ATR-CHK1 signaling. Importantly, we show that E4F1 binds to and probably regulates these three genes in vivo in Patient Derived TNBC Xenografts (PDTX). In both SUM159 cells and PDTX, the recruitment of E4F1 on these genes is increased upon Gemcitabine treatment, a chemotherapy agent that impairs DNA replication. Surprisingly, we found that E4F1 also indirectly controls the expression of TELO2, a second member of the TTT complex. Consequently, in TNBC cells depleted of E4F1, the protein levels of CHK1, TTI2, TELO2 but also ATM/ATR kinases, are significantly decreased, leading to DDR deficiency. Thus, SUM159 cells depleted of E4F1 fail to stop in phase S during Gemcitabine treatment and are highly sensitized to this chemotherapy agent, as well as other DNA damaging agents such as Cisplatin. Altogether, my thesis results demonstrate that the ATM/ATR-CHK1 signaling pathway, and the response to stress / DNA damage are tightly controlled at the transcription and post-transcription levels by E4F1. E4F1 therefore appears to be a central actor in the cellular survival of TNBC cells, particularly when exposed to DNA-damaging agents or chemotherapy agents. Thus, E4F1 could represent a prognostic marker for chemotherapy response and a potential therapeutic target.

La réparation par excision de nucléotides (NER) est une voie critique chez l'homme pour enlever des lésions qui déforment l’hélice d'ADN et qui bloquent à la fois la réplication et la transcription. Parmi ces lésions, il y a les dimères cyclobutyliques de pyrimidines (CPDs) et les adduits pyrimidine (6-4) pyrimidone (6-4PPs) induient par les rayons ultraviolets. L'importance physiologique de la NER est mise en évidence par l’existence de la maladie Xeroderma pigmentosum (XP), causée par des mutations affectant des gènes impliqués dans cette voie de réparation. Les personnes atteintes sont caractérisées par une photosensibilité extrême et une forte prédisposition à développer des tumeurs cutanées (plus de 1000 fois). Les patients atteints du type variant de la maladie Xeroderma pigmentosum (XPV), apparemment compétents en réparation, portent plutôt des mutations dans le gène codant pour l'ADN polymérase η (polη). Polη est une ADN polymérase translésionnelle capable de contourner avec une grande fidélité certaines lésions telles que les CPDs, qui autrement bloquent les polymérases réplicatives. Ainsi, la polη prévient la formation de mutations et permet la reprise de la synthèse d'ADN. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer le rôle potentiel de voies de signalisation majeures dans la régulation de la NER, dont celles régulées par la kinase ATR (Ataxia Télangiectasia and Rad3-related kinase). Suite à l'irradiation UV, ATR est rapidement activée et phosphoryle des centaines de protéines qui régulent les points de contrôle du cycle cellulaire et joue un rôle notoire dans le maintient de la stabilité génomique. Nous avons postulé qu’ATR puisse réguler la NER de manière dépendante du cycle cellulaire. Cependant, tester cette hypothèse représente un grand défi car, pour des raisons techniques, les méthodes conventionnelles n’ont pas à ce jour été adaptées pour l'évaluation de la cinétique de réparation au cours des différentes phases du cycle cellulaire. Nous avons donc développé une méthode novatrice basée sur la cytométrie en flux permettant de quantifier avec grande précision la cinétique de réparation des 6-4PPs et CPDs dans chacune des phases G0/G1, S et G2/M. Avec cette nouvelle méthode, nous avons pu démontrer que l'inhibition d'ATR ou polη résulte en une très forte inhibition de la NER exclusivement durant la phase S du cycle cellulaire. Ces études ont révélé, pour la première fois, une fonction critique pour ces protéines dans le retrait des lésions qui bloquent la réplication. En outre, nous avons démontré que la synthèse d'ADN est indispensable pour l’inhibition de la réparation en phase-S, reflétant un lien potentiel entre la NER et la réplication. Curieusement, nous avons également montré que parmi six lignées cellulaires tumorales choisies aléatoirement, trois présentent une abrogation totale de la NER uniquement pendant la phase S, ce qui indique que de nombreux cancers humains pourraient être caractérisés par un tel défaut. Nos observations pourraient avoir d'importantes implications pour le traitement du cancer. En effet, le statut de la NER semble constituer un déterminant majeur dans la réponse clinique aux médicaments chimiothérapeutiques tels que le cisplatine, qui inhibent la croissance des cellules cancéreuses via l'induction de lésions à l’ADN. / Nucleotide excision repair (NER) is a critical pathway in humans for repairing highly genotoxic helix-distorting DNA lesions that strongly block both replication and transcription. Among these lesions are ultraviolet-induced 6-4 photoproducts (6-4PPs) and cyclobutane pyrimidine dimers (CPDs). The physiological importance of NER is highlighted by individuals afflicted with Xeroderma pigmentosum (XP), who carry mutations in NER pathway genes and as such exhibit extreme photosensitivity and remarkable predisposition to cutaneous tumorigenesis (1000-fold increase). On the other hand patients with the variant form of Xeroderma pigmentosum (XPV) are considered proficient in NER, and rather carry germline mutations in the gene encoding DNA polymerase η (polη). Polη is a specialized translesion DNA polymerase able to accurately bypass certain lesions including CPDs which otherwise completely inhibit the progression of normal replicative polymerases, thereby preventing mutations and allowing the resumption of DNA synthesis. The main goal of this thesis was to elucidate the potential role in NER of major DNA damage signalling cascades, including that regulated by the ataxia telangiectasia and rad 3-related kinase (ATR). Following UV irradiation, ATR is rapidly activated and phosphorylates hundreds of proteins that regulate cell cycle checkpoints and maintain genomic stability. We postulated that ATR might regulate NER in a cell cycle-specific manner. However testing this presented a great challenge, as (for technical reasons) traditional NER assays have to date not been adapted for evaluation of repair kinetics during individual phases of the cell cycle. We therefore developed a novel flow cytometry-based assay for sensitive quantification of 6-4PPs and CPDs repair efficiency during each of G0/G1, S, and G2/M. With this new assay, we were able to show that inhibition of either ATR or polη results in strong inhibition of NER capacity exclusively during S phase of the cell cycle. This revealed, for the first time, a critical function for these proteins in removal of replication-blocking DNA adducts. In addition, we demonstrated that active DNA synthesis is required for S phase-specific repair inhibition, reflecting a potential relationship between NER and replication. Intriguingly, we also showed that among six tumor cell lines, three exhibit total abrogation of NER uniquely during S phase, indicating that many human cancers may be characterized by such a defect. Our findings therefore could harbour important implications for cancer treatment. Indeed, NER status of tumors clearly appears to constitute a major determinant in the clinical response to chemotherapeutic drugs such as cisplatin, which inhibit the growth of rapidly proliferating cancer cells through induction of replication-blocking DNA lesions.