Vliv inhibitorů topoizomeráz na aktivaci DNA senzoru cGAS
| Thesis title in Czech: | Vliv inhibitorů topoizomeráz na aktivaci DNA senzoru cGAS |
|---|---|
| Thesis title in English: | The effect of topoisomerase inhibitors on the activation of the DNA sensor cGAS |
| Key words: | senzor cGAS, inhibitory topoizomeráz, kamptotecin, etoposid, myší polyomavirus, poškození DNA, vrozená imunita, cGAMP, STING |
| English key words: | cGAS sensor, topoisomerase inhibitors, camptothecin, etoposide, murine polyomavirus, DNA damage, innate immunity, cGAMP, STING |
| Academic year of topic announcement: | 2021/2022 |
| Thesis type: | diploma thesis |
| Thesis language: | čeština |
| Department: | Department of Genetics and Microbiology (31-140) |
| Supervisor: | Sandra Huerfano Meneses, Ph.D. |
| Author: | hidden - assigned and confirmed by the Study Dept. |
| Date of registration: | 11.11.2021 |
| Date of assignment: | 12.11.2021 |
| Confirmed by Study dept. on: | 12.11.2021 |
| Date of electronic submission: | 07.08.2024 |
| Date of proceeded defence: | 11.09.2024 |
| Opponents: | Mgr. Markéta Pimková Polidarová, Ph.D. |
| Advisors: | doc. RNDr. Jitka Forstová, CSc. |
| References |
| Literature https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmolb.2020.00024/full https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmolb.2020.00024/full https://www.nature.com/articles/s41467-021-26240-9 https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fimmu.2021.660560/full https://www.mdpi.com/1422-006 |
| Preliminary scope of work |
| Kromě rozpoznání mikrobiální DNA jsou buňky schopny rozeznat chybně lokalizovanou DNA včetně extranukleárního chromatinu nebo DNA uvolněnou z mitochondrií. V současné době je popsáno přinejmenším 12 senzorů, které takovou DNA rozpoznávají a následně indukují interferonovou (IFN) odpověď typu I. Mezi tyto senzory patří cGAS, DAI, IFIX, IFI16 (p204), TLR9, DHX41, DHX9, DHX36, LRRFIP1, KU70, MRE11 a RNA polymeráza III. Jednotlivé dráhy vedoucí k produkci IFN prostřednictvím každého senzoru se teprve objasňují a stále existuje mnoho nejasností v pochopení těchto drah. K produkci IFN typu I dochází tehdy, když DNA senzory přenesou signál do adaptorových proteinů, která poté aktivují transkripční faktory podporující expresi IFN typu I. Dosud nejlépe charakterizovaným a široce používaným adaptorovým proteinem je STING, u kterého se ukázalo, že během aktivace podléhá fosforylaci. Nicméně, Dunphy et al (2018) prokázali, že buňky s dvouřetězcovými zlomy DNA indukovanými etoposidem jsou schopny vyvolat IFN odpověď prostřednictvím ubikvitinylace STING spíše než jeho fosforylace. Tato dráha byla pojmenována jako nekanonická dráha aktivace STING. Další stimuly jiné než etoposid mohou také vyvolat chromatinové napětí, které vede ke vzniku mikrojader či úniku DNA z jádra. Ukázalo se, že mikrojádra a cytosolická DNA jsou rozeznávány cGAS. Zde se ptáme, zda při poškození DNA vyvolaném viry (např. polyomaviry) nebo různými činidly poškozujícími DNA (např. hydroxymočovina, UV záření, rentgenové záření apod.) dochází k aktivaci nekanonické dráhy STING a/nebo rozeznání mikrojader a cytosolické DNA pomocí cGAS. Kromě toho bylo prokázáno, že cGAS protein nacházející se v jádře hraje během poškození DNA roli nezávislou na IFN odpovědi. Dvě studie přinesly mírně kontroverzní výsledky. Proto se také bude tato diplomová práce snažit přispět k pochopení funkce jaderného proteinu cGAS během poškození DNA, která nesouvisí s indukcí IFN. Výzkum bude zaměřen na zodpovězení následujících otázek: 1. Je nekanonická dráha produkce interferonu (IFN) prostřednictvím IFI16-TRAF6 aktivována v rámci odpovědi na poškození DNA způsobeném polyomaviry? Může být nekanonická dráha indukována i jinými chemickými či fyzikálními stimuly než etoposidem? 2. Je cGAS dráha aktivována současně s nekanonickou dráhou pro produkci IFN během poškození DNA? Je pozorovaná kanonická dráha produkce IFN vyvolaná cGAS senzorem během polyomavirové infekce doprovázena současně nekanonickou dráhou vyvolanou odpověďmi na poškození DNA? 3. Jaká je funkce cGAS proteinu přítomného v buněčném jádru v odpovědi na poškození DNA? |
| Preliminary scope of work in English |
| In addition to the sensing of the microbial DNA, the cells are able to sense mislocalized DNA including extranuclear chromatin or DNA released from mitochondria. At present, at least 12 sensors that recognize the DNA and induce interferon type 1 response have been described, among them, cGAS, DAI, IFIX, IFI16 (p204), TLR9, DHX41, DHX9, DHX36, LRRFIP1, KU70, MRE11 and RNA pol III. The pathways leading to IFN production via individual sensors are just being elucidated and there are still a lot of gaps in the understanding of the pathways. For interferon type I production, the DNA sensors transmit a signal to adaptor proteins that then activate transcription factors that promote expression of IFN type I. Until now, the best characterized and widely used adapter is STING. STING was shown to undergo phosphorylation during activation. However, Dunphy et (2018) showed that cells with DNA double strain breaks induced by etoposide are able to induce IFN response via STING ubiquitinylation rather than phosphorylation. The pathway was named as non-canonical pathway of STING activation. Another DNA damaging agents rather than etoposide can also induce chromatin stress, which leads to formation of micronuclei and DNA leakage. Micronuclei and cytosolic DNA have been shown to be sensed by the cGAS. In here, we ask whether the non-canonical pathway can be activated and/or sensing of micronuclei and cytosolic DNA by cGAS during DNA damage induced by viruses (e.g polyomaviruses) or different DNA damaging agents (e.g hydroxyurea, UV light, x rays or others). In addition, cGAS protein present in the nucleus has been shown to play a role independent of the interferon response during the DNA damage. Two papers have shown slightly controversial results. We therefore also aim to contribute to the understanding the function of nuclear cGAS independent of the IFN induction in the DNA damage responses. The research will be designed to answer following questions: 1. Is the non-canonical pathway of IFN production (via IFI16 -TRAF6) activated during DNA damage responses induced by polyomaviruses? Can be the non-canonic pathway induced by other chemical or physical stimuli (apart from etoposide). 2. Is cGAS pathway activated concomitantly with the non-canonical pathway for interferon production during DNA damage? Is the observed canonical pathway of IFN production induced by cGAS sensor during polyomavirus infection accompanied by a non-canonical pathway induced by DNA damage responses? 3. What is the function of cGAS protein present in the cell nucleus in the DNA damage response? |