La réponse cellulaire aux ultra-violets (UV), ou réponse UV, est une réponse complexe et spécialisée dans l’adaptation et la tolérance des dommages aux UV. Celle-ci est initiée par un grand nombre d’évènements moléculaires et de signalisation nucléaire mais aussi au niveau de la membrane plasmique ou du cytoplasme. L’importance et l’influence exactes de ces évènements sur la réparation par excision de nucléotides (NER) des dommages UV à l’ADN sont encore mal comprises et doivent encore être méthodiquement démontrées. Dans cette thèse, grâce à l’utilisation d’une méthode sensible d’analyse de la réparation NER basée sur la cytométrie en flux, il est montré, dans un premier temps, que l’activité des voies MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases), qui sont des voies de signalisation de stress UV d’origine cytoplsamique, ne participent pas à l’efficacité de réparation NER des dommages UV dans les cellules humaines. En effet, l’abrogation de la signalisation MAPK, par inhibition pharmacologique, par utilisation de mutants dominant-négatifs ou par inhibition de leur expression endogène, ne révèlent aucun changement de la cinétique de réparation des dommages UV par excision de nucléotides. Cependant, l’utilisation de cette même méthode de réparation, mais cette fois, appliquée pour l’étude de réparation NER en fonction du cycle cellulaire, a permis de mettre en évidence la nécessité fonctionnelle de l’ADN polymérase translésionnelle eta (Pol η) dans la réparation NER des dommages UV, uniquement en phase S. Cette observation fut initialement caractérisée dans les cellules de patients affectés du syndrome variant de xérodermie pigmentaire (XP-V) puis, confirmée ensuite par l’inhibition de l’expression de Pol η endogène ou par la complémentation avec des mutants non-fonctionnels dans les cellules XP-V. Ces résultats indiquent que, contrairement à la réponse UV MAPK cytoplasmique, les évènements nucléaires comme la synthèse translésionnelle, peuvent influencer l’efficacité de réparation NER en phase S. Plus particulièrement, ces données établissent un lien possible entre la réparation NER en phase S et les niveaux de stress réplicatifs, révélé ici par la déficience fonctionnelle Pol η ou ATR. Les observations, présentées dans cette thèse, renforcent un rôle du point de contrôle S aux UV sur l’efficacité de la réparation NER et suggèrent que l’inhibition NER, observée en phase S dans les cellules XP-V, est modulée par le stress réplicatif. Un tel moyen de contrôle pourrait avoir une action plutôt protectrice pendant cette phase critique du cycle cellulaire. Mots clés: UV, translésionnelle, eta, MAPK, NER, CPD, cytométrie, phase-S, tolérance. / The UV-response is a complex cellular response to UV irradiation, which allows cellular adaptation and protection against deleterious effects of UV. This specialized response involves numerous molecular and signaling events from plasma membrane and from the nucleus represented, among others, by Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) pathway activation and translesion synthesis respectively. More particularly, the exact role of these events on the removal UV-induced DNA damage by nucleotide excision repair (NER) in human cells is poorly understood and documented. By using a sensitive flow cytometry based-NER assay, presented and validated in this thesis, to quantify the removal of UV-DNA damage, it was unexpectedly found that Mitogen-Activated Protein Kinase (MAPK) signalling, originating from the the plasma membrane, does not regulate the efficiency of UV-induced DNA damage repair in human cells. Indeed, MAPK inhibition with pharmacological inhibitors, expression of short-hairpin RNA or dominant negative mutant, all together, substantiate fully the lack of effect of this signalling pathway on UV-damage removal by NER in human primaries and tumorous cells. Surprisingly, the same NER assay, applied to quantify the removal of UV-induced DNA damages as a function of the cell cycle, has shown a requirement of functional translesion synthesis polymerase eta (Pol η) for efficient UV-DNA damage repair in human cells uniquely during S-phase, where its function is required for the bypass of UV DNA damage. This observation, originally made in fibroblasts from xeroderma pigmentosum variant syndrome (XP-V) afflicted patients, was further confirmed in normal human cells, by abrogation of endogenous Pol η expression or by complementation with Pol η in XP-V cells. All together, the data presented here, indicate that MAPK signaling play no role in NER-mediated UV-damage removal, but highlight a role for UV-DNA damage tolerance response, as translesion synthesis, in regulation of NER efficiency. More particularly, these observations establish a potential link between the S-Phase Repair (SPR) of UV-DNA damages and replicative stress, revealed by a deficiency of Pol η or ATR. This SPR defects seen under acute replicative stress conditions could impact tumorogenesis or chemotherapy outcomes. Moreover, SPR defects, seen in XP-V cells could be controlled by replicative stress, and also reflect a protective coordination to reduce high risks of genetic or chromosomal aberrations that may occur during DNA replication upon UV exposure. Key Words: Translesion, UV, TLS, eta, MAPK, NER, S-phase, flow-cytometry, CPD.

Le cancer de l’ovaire est un cancer ayant un taux de décès particulièrement élevé. Les patientes répondent habituellement bien aux traitements chimiothérapeutiques mais la majorité connaîtront une rechute. Plusieurs mécanismes ont été identifiés comme partiellement responsables du développement de la résistance clinique à la chimiothérapie, dont la réparation plus efficace de l’ADN par la réparation par excision de nucléotides (NER). L'un des agents communément utilisés pour traiter ce cancer est le cisplatine, qui induit des dommages à l'ADN réparés par le NER. Une étude précédente de notre laboratoire a démontré qu'une déficience uniquement en phase S de la réparation par le NER peut se produire. Cette déficience est aussi dépendante de la kinase ATR. Nous avons choisi de déterminer si cette déficience est présente dans certains cas de cancer de l’ovaire et si cette déficience joue un rôle sur la résistance à la chimiothérapie. Nos objectifs sont donc : (i) vérifier la présence de cette déficience dans diverses lignées isolées du cancer de l’ovaire ; (ii) vérifier si le traitement chimiothérapeutique par des agents à base de platine peut favoriser la survie de cellules ayant une meilleure capacité de réparation par le NER; (iii) mesurer la sensibilité de ces lignées au cisplatine et vérifier si ceci corrèle avec leur capacité de réparation par le NER en phase S; (iv) déterminer si cette déficience est causée par la kinase ATR dans ces lignées. Nous avons déterminé qu’une déficience importante de la réparation par le GG-NER en phase S est présente dans de nombreuses lignées. De plus, des lignées isolées d’une même patiente pré-chimiothérapie et post-chimiothérapie montrent une augmentation significative de leur capacité de réparation par le GG-NER en phase S, suggérant un rôle de ce processus dans la résistance à la chimiothérapie. Nous avons aussi démontré qu’il y a une corrélation entre la capacité de réparation en phase S par le GG-NER et la sensibilité des lignées au cisplatine. Toutefois, nos résultats suggèrent que cette déficience n’est pas causée par ATR dans ces lignées puisque la phosphorylation de H2AX en réponse aux UV est similaire dans toutes les lignées. En plus d’un important apport fondamental, cette étude permettra d’étudier un potentiel mécanisme de résistance aux traitements chimiothérapeutiques dans le cancer de l’ovaire humain. / Ovarian cancer is one of the most lethal cancers. Patients usually respond very well to chemotherapy but most will eventually relapse. Many molecular processes have already been shown to influence chemotherapy resistance, including more efficient DNA repair by nucleotide excision repair. One commonly used drug for the treatment of ovarian cancer is cisplatin, a drug inducing lesions on DNA that can be repaired by NER. A previous study in our lab has shown that NER can be deficient specifically in S-phase. This effect is dependent on the kinase ATR. Thus, we chose to explore the possibility that this deficiency has an impact on resistance to cisplatin. Our objectives are: (i) to study the repair profile by NER in S-phase in ovarian cancer cell lines; (ii) to test if chemotherapeutic treatment can modulate nucleotide excision repair in cell lines by selecting cells that repair damage by NER more efficiently; (iii) to measure the sensitivity of these cell lines to cisplatin; (iv) to test if this deficiency can be attributed to ATR signalling. We show in this study that many ovarian cancer cell lines have an important defect in GG-NER specifically in S-phase. Pairs of cell lines that were isolated before and after chemotherapeutic treatment show an increase in their GG-NER efficiency in S-phase, suggesting a role for this enzymatic process in chemotherapy resistance. Also, we have found a correlation between the efficiency of GG-NER in S-phase and the sensitivity to cisplatin in the cell lines used in our study. However, the defect in GG-NER in S-phase in these ovarian cancer cell lines doesn’t seem to be due to ATR because the phosphorylation of H2AX in response to UV is equivalent between the different cell lines. This study will have an impact on our understanding of the fundamental aspects of DNA repair but could also provide insights on a potential novel mechanism of resistance to chemotherapy.

Le cancer de l’ovaire est un cancer ayant un taux de décès particulièrement élevé. Les patientes répondent habituellement bien aux traitements chimiothérapeutiques mais la majorité connaîtront une rechute. Plusieurs mécanismes ont été identifiés comme partiellement responsables du développement de la résistance clinique à la chimiothérapie, dont la réparation plus efficace de l’ADN par la réparation par excision de nucléotides (NER). L'un des agents communément utilisés pour traiter ce cancer est le cisplatine, qui induit des dommages à l'ADN réparés par le NER. Une étude précédente de notre laboratoire a démontré qu'une déficience uniquement en phase S de la réparation par le NER peut se produire. Cette déficience est aussi dépendante de la kinase ATR. Nous avons choisi de déterminer si cette déficience est présente dans certains cas de cancer de l’ovaire et si cette déficience joue un rôle sur la résistance à la chimiothérapie. Nos objectifs sont donc : (i) vérifier la présence de cette déficience dans diverses lignées isolées du cancer de l’ovaire ; (ii) vérifier si le traitement chimiothérapeutique par des agents à base de platine peut favoriser la survie de cellules ayant une meilleure capacité de réparation par le NER; (iii) mesurer la sensibilité de ces lignées au cisplatine et vérifier si ceci corrèle avec leur capacité de réparation par le NER en phase S; (iv) déterminer si cette déficience est causée par la kinase ATR dans ces lignées. Nous avons déterminé qu’une déficience importante de la réparation par le GG-NER en phase S est présente dans de nombreuses lignées. De plus, des lignées isolées d’une même patiente pré-chimiothérapie et post-chimiothérapie montrent une augmentation significative de leur capacité de réparation par le GG-NER en phase S, suggérant un rôle de ce processus dans la résistance à la chimiothérapie. Nous avons aussi démontré qu’il y a une corrélation entre la capacité de réparation en phase S par le GG-NER et la sensibilité des lignées au cisplatine. Toutefois, nos résultats suggèrent que cette déficience n’est pas causée par ATR dans ces lignées puisque la phosphorylation de H2AX en réponse aux UV est similaire dans toutes les lignées. En plus d’un important apport fondamental, cette étude permettra d’étudier un potentiel mécanisme de résistance aux traitements chimiothérapeutiques dans le cancer de l’ovaire humain. / Ovarian cancer is one of the most lethal cancers. Patients usually respond very well to chemotherapy but most will eventually relapse. Many molecular processes have already been shown to influence chemotherapy resistance, including more efficient DNA repair by nucleotide excision repair. One commonly used drug for the treatment of ovarian cancer is cisplatin, a drug inducing lesions on DNA that can be repaired by NER. A previous study in our lab has shown that NER can be deficient specifically in S-phase. This effect is dependent on the kinase ATR. Thus, we chose to explore the possibility that this deficiency has an impact on resistance to cisplatin. Our objectives are: (i) to study the repair profile by NER in S-phase in ovarian cancer cell lines; (ii) to test if chemotherapeutic treatment can modulate nucleotide excision repair in cell lines by selecting cells that repair damage by NER more efficiently; (iii) to measure the sensitivity of these cell lines to cisplatin; (iv) to test if this deficiency can be attributed to ATR signalling. We show in this study that many ovarian cancer cell lines have an important defect in GG-NER specifically in S-phase. Pairs of cell lines that were isolated before and after chemotherapeutic treatment show an increase in their GG-NER efficiency in S-phase, suggesting a role for this enzymatic process in chemotherapy resistance. Also, we have found a correlation between the efficiency of GG-NER in S-phase and the sensitivity to cisplatin in the cell lines used in our study. However, the defect in GG-NER in S-phase in these ovarian cancer cell lines doesn’t seem to be due to ATR because the phosphorylation of H2AX in response to UV is equivalent between the different cell lines. This study will have an impact on our understanding of the fundamental aspects of DNA repair but could also provide insights on a potential novel mechanism of resistance to chemotherapy.

Les mélanomes malins (MM) constituent le deuxième type de cancer le plus fréquent chez les jeunes adultes canadiens (entre 20 et 44 ans) ainsi qu’un des rares cancers dont l’incidence augmente annuellement. À moins que les MM ne soient excisés à temps par chirurgie, les chances de survie des patients sont pratiquement nulles puisque ce type de tumeur est très réfractaire aux traitements conventionnels. Il est bien connu que l’exposition aux rayons ultraviolets (UV), induisant des photoproduits génotoxiques, est une déterminante majeure dans l’acquisition de MM. À cet effet, la réparation par excision de nucléotides (NER) est la ligne de défense principale contre le développement des mélanomes puisqu’elle est la voie de réparation prépondérante en ce qui a trait aux dits photoproduits. Malgré cela, la contribution potentielle de défauts de la NER au développement des MM dans la population normale n’est toujours pas bien établie. Notre laboratoire a précédemment développé une méthode basée sur la cytométrie de flux qui permet de mesurer la NER en fonction du cycle cellulaire. Cette méthode a déjà mise en évidence qu’une déficience de l’activité de la protéine ATR peut mener à une déficience de la NER exclusive à la phase S dans des fibroblastes humains. Pareillement, nous avons démontré que plusieurs lignées cellulaires cancéreuses modèles comportent une déficience en NER en phase S, suggérant qu’une telle déficience puisse caractériser certains types de cancers. Nous avons voulu savoir si une déficience en NER en phase S pouvait être associée à une proportion significative de mélanomes et si le tout pouvait être attribuable à une diminution de l’activité d’ATR. Nos objectifs ont donc été de : (i) mesurer l’efficacité de la NER en fonction du cycle cellulaire dans les MM en comparaison avec les mélanocytes primaires, (ii) vérifier si le niveau d’activité d’ATR corrèle avec l’efficacité de la NER en phase S dans les lignées de MM et (iii) voir si un gène fréquemment muté dans les mélanomes (tels PTEN et BRAF) pouvait coopérer avec ATR pour réguler la NER en phase S dans les mélanomes. Nous avons démontré que 13 lignées de MM sur 16 ont une capacité grandement diminuée à réparer les photoproduits induits par UV spécifiquement en phase S. De plus, cette déficience corrèle fortement avec une réduction de l’activation d’ATR et, dans plusieurs lignées de MM, avec une phosphorylation d’Akt plus importante. L’utilisation d’ARN interférent ou d’un inhibiteur du suppresseur de tumeurs PTEN, a permis, en plus d’augmenter la phosphorylation d’Akt, de réduire la réparation des photoproduits et l’activation d’ATR dans les cellules en phase S. En addition, (i) l’expression ectopique de la protéine PTEN sauvage dans des lignées déficientes en PTEN (mais pas d’une protéine PTEN sans activité phosphatase) ou (ii) l’inhibition pharmacologique d’Akt a permis d’augmenter la réparation en phase S ainsi que l’activation d’ATR. En somme, cette étude démontre qu’une signalisation d’ATR dépendante de PTEN/Akt amenant à une réparation déficiente des photoproduits génomiques causés par les UV en phase S peut être déterminante dans le développement des mélanomes induits par UV. / Malignant melanoma (MM) is the second most frequent neoplasia among young Canadian adults (aged 20-44); moreover the incidence of this disease continues to rise annually at an alarming rate. Unless primary melanoma is diagnosed early and promptly resected the patient prognosis is dismal since this deadly tumour type metastasizes extremely aggressively and is highly refractory to conventional treatment protocols. It is well established that exposure to UV light, and subsequent induction of genotoxic DNA photoproducts, is a primary determinant in the initiation of MM. Furthermore nucleotide excision repair (NER) clearly represents a critical frontline defence against MM because it is the only human pathway designed to remove the aforementioned DNA photoproducts. Despite this, the potential contribution of NER defects to sporadic MM development in the general population has remained unclear. Our laboratory previously developed a novel flow cytometry-based assay to evaluate the efficiency of NER as a function of cell cycle. This method was employed to demonstrate that functional ATR kinase is strictly required for NER during S phase in primary human fibroblasts. Intriguingly we also reported that many model tumour cell lines are deficient in NER uniquely in S phase populations, raising the possibility that such a defect might be characteristic of certain types of cancers. We therefore hypothesized that a significant proportion of human MM cell lines may exhibit reduced NER capacity specifically during S phase, and that this in turn might be attributeable to reduced ATR signaling. To test this hypothesis, three major specific aims were proposed: (i) To measure the efficiency of NER as a function of cell cycle among a panel of human MM cell lines and in primary melanocytes; (ii) To investigate whether any correlation exists between NER status and ATR activity during S phase in human MM cell lines; (iii) To investigate whether frequently mutated genes in melanoma (eg., PTEN, BRAF) might cooperate with ATR to regulate S phase-specific NER in MM cell lines. We were able to demonstrate that, in fact, 13/16 MM cell lines display remarkably diminished capacity to remove UV-induced DNA photoproducts specifically during S phase. Furthermore this defect correlates strongly with reduced activation of ATR kinase and, for a majority of MM, higher Akt phosphorylation levels. RNAi-mediated knockdown of the PTEN tumour suppressor, while stimulating Akt phosphorylation as expected, also engenders reductions in both photoproducts repair and ATR activation in S phase cells. In addition, (i) ectopic expression in PTEN-null strains of wild type PTEN but not of PTEN variants deficient in phosphatase activity, or (ii) pharmacological inhibition of Akt, significantly rescue S phase-specific repair as well as ATR activation. Our data indicate that reduced PTEN/Akt-dependent ATR signaling leading to defective repair of UV DNA photoproducts uniquely during S phase may represent an heretofore unrecognized major determinant in sunlight-induced melanoma development.

Thesis (Ph.D. in Toxicology) -- University of Colorado Denver, 2008. / Typescript. Includes bibliographical references (leaves 144-170). Free to UCD Anschutz Medical Campus. Online version available via ProQuest Digital Dissertations;

The main focus of my work has been the role of the MRN in the S-phase DNA damage checkpoint. The MRN plays many roles in cellular metabolism; some are checkpoint dependent and some are checkpoint independent. The multiple roles in cellular metabolism complicate study of the role of the MRN in the checkpoint. MRN mutations in budding yeast and mammals may display separation of function. Mechanistically, MRN, along with its cofactor Ctp1, is involved in 5’ resection to create single stranded DNA that is required for both signaling and homologous recombination. However, it is unclear if resection is essential for all of the cellular functions of MRN. Therefore I have made mutations to mimic those in budding yeast and mammals. I found that several alleles of rad32, as well as ctp1Δ, are defective in double-strand break repair and most other functions of the complex but maintain an intact S-phase DNA damage checkpoint. Thus, the MRN S-phase checkpoint role is separate from its Ctp1- and resection-dependent role in double-strand break repair. This observation leads me to conclude that other functions of MRN, possibly its role in replication fork metabolism, are required for S-phase DNA damage checkpoint function. One of the potential roles of Rad32 and the rest of the MRN complex is in sister chromatid exchange. The genetic requirements of sister chromatid exchange have been examined using unequal sister chromatid assays which only are able to assay exchanges that are illegitimate and produce changes in the genome. Most sister chromatid exchange must be equal to maintain genomic integrity and thus far there is no good assay for equal sister chromatid exchange. Yeast cells expressing the human equilibrative nucleoside transporter 1 (hENT1) and the herpes simplex virus thymidine kinase (tk) are able to incorporate exogenous thymidine into their DNA. This strain makes it possible for the fission yeast DNA to be labeled with halogenated thymidine analogs. This strain is being used to design an assay that will label one sister with BrdU and then DNA combing will be used to see equal sister chromatid exchange.

La réplication de l'ADN est un évènement majeur pour la cellule car elle permet la duplication fidèle du matériel génétique. Il s'agit d'une étape critique du cycle cellulaire, car les fourches de réplication rencontrent fréquemment des barrières naturelles ou des lésions d'origine endogènes (lésions oxydatives) ou exogènes (agents physiques ou chimiques), sources de cassures chromosomiques et donc d'instabilité génétique. Une des réponses à ces fourches bloquées est l'activation du point de contrôle (checkpoint) de la phase S du cycle cellulaire. Nous avons montré que l'ADN polymérase Kappa (pol Kappa), polymérase dite translesionnelle en raison de ses capacité à franchir des lésions sur l'ADN, s'avère être aussi un acteur du point de contrôle de phase S. En effet, la déplétion de pol Kappa par ARN interférence dans différentes lignées cellulaires ou par immunodépletion d'un extrait de Xénope, entraîne un défaut de phosphorylation de Chk1. Pol Kappa est impliquée dans la synthèse de brins naissant d'ADN au niveau des fourches bloquées, ce qui facilite le recrutement du complexe 9-1-1 composé des protéines Rad9, Rad1 et Hus1et permet alors, une activation correcte du checkpoint de phase S. Afin de décrypter le rôle de pol kappa, nous avons construits différents mutants et nous avons analysé leur capacité à former des foyers, à être recrutés à la chromatine et à interagir avec différents partenaires dans des conditions d'activation du point de contrôle de phase S. Nous avons pu constater que le mutant du domaine d'interaction à PCNA était incapable de former des foci foyers ?. Nous avons ensuite observé, qu'en condition de stress réplicatif, pol Kappa était recruté à la chromatine grâce à son domaine d'interaction à PCNA et par différentes approches biochimiques, nous avons pu voir que pol kappa interagissait avec Rad9 et Chk1. Nous avons également mis en évidence que le défaut d'activation de Chk1 en l'absence de pol kappa reflétait d'une diminution de son taux dans le noyau, suggérant une régulation commune entre Chk1 et pol Kappa. En effet, nous avons observé que pol Kappa, comme Chk1, était régulés par l'ubiquitine hydrolase USP7. En effet, l'interaction entre pol Kappa et USP7 est augmentée en condition de stress. Nous avons pu voir, qu'à l'instar de Chk1, l'absence de USP7 entrainait une baisse du niveau de pol kappa dans le noyau. Ainsi nous proposons qu'en réponse à un stress réplicatif, pol Kappa et Chk1 soient stabilisés via leur dé-ubiquitination par USP7, permettant leur recrutement à la chromatine et une activation correcte du checkpoint de phase S. Parallèlement à ces travaux, des publications récentes montrent une implication possible de pol Kappa au niveau des séquences répétées. Nous avons pu mettre en évidence une interaction entre pol Kappa et Cenpb, protéine centromérique reconnaissant une séquence de 17 paires de bases dans l'ADN a-satellite. Ces résultats préliminaires suggèrent que le rôle de pol Kappa dans le checkpoint de phase S s'adresse notamment aux régions d'hétérochromatine. L'ensemble des résultats obtenus montre l'importance de pol Kappa dans le maintien de la stabilité génomique, par son rôle dans le checkpoint de phase S, et par son implication dans la régulation de Chk1 en condition de stress réplicatif. / DNA replication is a major event for cells which allow the faithful duplication of genetic material. It is a critical step of cell cycle, because replication forks encounters frequently naturals barriers (non B-DNA structures), exogenous barriers (chemicals agents), or endogenous barriers (oxydatives lesions). These different barriers can be at the origin of chromosomes breaks and lead to genetic instability. To overcome the stalled forks, cells have evolved two major mechanisms: the induction of ATR replication checkpoint pathway and the recruitment of specialized DNA polymerase to perform the translesion synthesis. This two pathways are essential to maintain genomic stability. Human DNA polymerase Kappa (pol Kappa), the most conserved specialized DNA polymerase, is best known to participate to translesion synthesis. Recently, we have shown that pol kappa has a crucial role in the S-phase checkpoint activation. Indeed, pol Kappa is implicated in the synthesis of short DNA intermediates at the stalled forks, facilitating the recruitment of 9-1-1 clamp, and is required for an optimal phosphorylation of Chk1, the main effector of the S-phase checkpoint. Durant my PhD thesis, I explored the molecular mechanisms underlying this newly identified role. We have constructed several pol kappa mutants, and we have observed that for the mutation in the PCNA binding domain impeded pol kappa to form foci in response to replication stress. We also showed the requirement of this domain for pol Kappa recruitment on chromatin. By different experimental approaches, we have described a complex in which pol Kappa interacts with Rad9 and Chk1, two proteins required for the S-phase checkpoint activation. The Chk1 phosphorylation defect observed in absence of Kappa could also be the consequence of the Chk1 protein level decreased in the nucleus, meaning a potential common regulation between pol Kappa and Chk1. Based on this observation, we have studied how pol Kappa is regulated upon a replication stress and like Chk1, pol Kappa seems to be regulated by ubiquitination. We focused our attention on USP7 an ubiquitin hydrolase known to regulate Chk1. We have demonstrated an interaction between pol Kappa and USP7, which is stimulated after replication stress. Moreover, USP7 depletion leads to a decrease of pol Kappa level in the nucleus, suggesting that de-ubiquination of pol Kappa could to be a prerequisite for its checkpoint function and its stability.

Cleft lip is one of the most common human birth deffects. Its etiopathogenesis is multifactorial and many aspects of its occurrence remain unknown in the fields of both genetics and teratology. One of the set of known negative external factors causing cleft lip is chemical hydrocortisone. Its effect on cell proliferation is highly heterogeneous and depends on attributes of a specific cell population. In this work we studied the cleft beak origin after the hydrocortisone treatment on the basis of Chick Embryotoxicity Screening Test (CHEST). Our main aim was to detect cell cycle changes in the chick frontonasal process after hydrocortisone injection via flow cytometry analysis. Hydrocortisone caused S phase arrest within a minor subpopulation of highly granular cells with specific cell cycle. This sensitive subpopulation was localized in the areas of previously defined proliferative centers within the frontonasal process using immunohistochemistry of frozen sections. Quantitative analysis of cells in these areas revealed significant decrease of M phase portion in the hydrocortisone treated samples in comparison with the control samples. The TUNEL staining of histological sections was used to determine the apoptotic rate in the frontonasal process. The comparison between the control and the...

Faithful duplication and segregation of undamaged DNA is critical to the survival of all organisms and prevention of oncogenesis in multicellular organisms. To ensure inheritance of intact DNA, cells rely on checkpoints. Checkpoints alter cellular processes in the presence of DNA damage preventing cell cycle transitions until replication is completed or DNA damage is repaired. Several checkpoints are specific to S-phase. The S-M replication checkpoint prevents mitosis in the presence of unreplicated DNA. Rather than outright halting replication, the S-phase DNA damage checkpoint slows replication in response to DNA damage. This checkpoint utilizes two general mechanisms to slow replication. First, this checkpoint prevents origin firing thus limiting the number of replication forks traversing the genome in the presence of damaged DNA. Second, this checkpoint slows the progression of the replication forks. Inhibition of origin firing in response to DNA damage is well established, however when this thesis work began, slowing of replication fork progression was controversial. Fission yeast slow replication in response to DNA damage utilizing an evolutionarily conserved kinase cascade. Slowing requires the checkpoint kinases Rad3 (hATR) and Cds1 (hChk2) as well as additional checkpoint components, the Rad9-Rad1-Hus1 complex and the Mre11-Rad50-Nbs1 (MRN) recombinational repair complex. The exact role MRN serves to slow replication is obscure due to its many roles in DNA metabolism and checkpoint response to damage. However, fission yeast MRN mutants display defects in recombination in yeast and, upon beginning this project, were described in vertebrates to display S-phase DNA damage checkpoint defects independent of origin firing. Due to these observations, I initially hypothesized that recombination was required for replication slowing. However, two observations forced a paradigm shift in how I thought replication slowing to occur and how replication fork metabolism was altered in response to DNA damage. We found rhp51Δ mutants (mutant for the central mitotic recombinase similar to Rad51 and RecA) to slow well. We observed that the RecQ helicase Rqh1, implicated in negatively regulating recombination, was required for slowing. Therefore, deregulated recombination appeared to actually be responsible for slowing failures exhibited by the rqh1Δ recombination regulator mutant. Thereafter, I began a search for additional regulators required for slowing and developed the epistasis grouping described in Chapters II and V. We found a wide variety of mutants which either completely or partially failed to slow replication in response to DNA damage. The three members of the MRN complex, nbs1Δ, rad32Δ and rad50Δ displayed a partial defect in slowing, as did the helicase rqh1Δ and Rhp51-mediator sfr1Δ mutants. We found the mus81Δ and eme1Δ endonuclease complex and the smc6-xhypomorph to completely fail to slow. We were able to identify at least three epistasis groups due to genetic interaction between these mutants and recombinase mutants. Interestingly, not all mutants’ phenotypes were suppressed by abrogation of recombination. As introduced in Chapters II, III and IV checkpoint kinase cds1Δ, mus81Δ endonuclease, and smc6-x mutant slowing defects were not suppressed by abrogation of recombination, while the sfr1Δ, rqh1Δ, rad2Δ and nbs1Δ mutant slowing defects were. Additionally, data shows replication slowing in fission yeast is primarily due to proteins acting locally at sites of DNA damage. We show that replication slowing is lesion density-dependent, prevention of origin firing representing a global response to insult contributes little to slowing, and constitutive checkpoint activation is not sufficient to induce DNA damage-independent slowing. Collectively, our data strongly suggest that slowing of replication in response to DNA damage in fission yeast is due to the slowing of replication forks traversing damaged template. We show slowing must be primarily a local response to checkpoint activation and all mutants found to fail to slow are implicated in replication fork metabolism, and recombination is responsible for some mutant slowing defects.

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