Genome Instability Associated with DNA Topoisomerase Activity during Gene Transcription

• Autores: Diana Rubio Contreras
• Directores de la Tesis: Fernando Gómez Herreros (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2023
• Idioma: inglés
• Número de páginas: 157
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    Las lesiones que se producen en el ADN suponen un desafío continuo para la integridad genómica, siendo las roturas de doble cadena del ADN (DSBs) la lesión más citotóxica para la célula. Numerosos estudios han mostrado recientemente que una fuente fisiológica de DSBs es la actividad de las topoisomerasas de ADN, enzimas que eliminan el estrés torsional del ADN asociado a procesos relacionados con el metabolismo del ADN. Durante su actividad, las topoisomerasas inducen cortes transitorios en el ADN, pero estos cortes pueden volverse irreversibles y provocar DSBs generando inestabilidad genómica e incluso la muerte celular. Al comienzo de esta tesis, los mecanismos que permitían a las células eucariotas reparar estas DSBs eran prácticamente desconocidos. Esta es una pregunta importante ya que las DSBs asociadas a la transcripción son una fuente endógena importante de translocaciones cromosómicas, eventos clave en el origen y desarrollo de muchos tumores sólidos y leucemias. Adicionalmente, estas DSBs pueden constituir eventos clave en otros tipos de enfermedades como algunos síndromes neurodegenerativos. En esta tesis, hemos caracterizado el mecanismo molecular por el cual se forman y reparan las DSBs inducidas por las topoisomerasas de ADN 1 y 2 (TOP1 y TOP2) y sus consecuencias en la integridad genómica. Para ello, hemos estudiado la reparación de estas roturas inducidas por topoisomerasas en células quiescentes, así como su impacto en la inestabilidad genómica asociada a la transcripción. Además, también hemos diseñado un escrutinio genético en células quiescentes destinado a identificar factores implicados en la formación y en la reparación de estas DSBs inducidas por TOP1. Nuestros resultados han permitido aclarar las bases moleculares de la formación y la reparación de las DSBs originadas en el ADN por la actividad de TOP1 y TOP2 durante la transcripción, de manera independiente de la replicación. Es importante destacar que nuestros resultados tienen importantes implicaciones en los efectos secundarios de la quimioterapia basada en inhibidores de topoisomerasas, así como en las enfermedades neurodegenerativas asociadas a defectos en la reparación de roturas en el ADN.

  • English

    Genomic integrity is constantly challenged by DNA lesions, and, among them, DNA double-strand breaks (DSBs) are the most cytotoxic for the cell. Recently, physiological DSBs have been associated with transcription and DNA topoisomerases, enzymes that remove DNA torsional stress associated to DNA metabolism-related processes by inducing transient DNA breaks. These breaks can become irreversible and result in cell death and genome instability. However, the repair of topoisomerase-induced DSBs is poorly understood. This is an important question since transcription-associated DSBs are a significant endogenous source of genome instability in eukaryotic cells. In fact, DSBs that arise during gene transcription can result in chromosome translocations, key events at the origin and development of many solid tumours and leukemias. These events not only contribute to tumour progression but might constitute key events in post-mitotic cell death and neurodegeneration.

    In this thesis, we have characterized the molecular mechanism by which transcription-associated DNA topoisomerases 1 and 2 (TOP1 and TOP2)-induced DSBs are formed and repaired and their consequences to genomic integrity. For this, we have directly addressed the repair of topoisomerase-induced DSBs in quiescent cells while studying their impact in transcription associated genome instability.

    Additionally, we have also designed a novel genetic screening in quiescent cells aimed to identify those factors involved in TOP1-induced DBSs formation and repair. This thesis has contributed to clarify the origin and the repair of replicationindependent DSBs induced by TOP1 and TOP2 activity during gene transcription and their consequences in genome integrity. Importantly, our results provide novel insights on the molecular bases of side effects of topoisomerase-based chemotherapy and of neurodegenerative diseases associated to DNA topoisomerase abortive activities.