scholarly journals Growing Dictyate Oocytes, but Not Early Preimplantation Embryos, of the Mouse Display High Levels of DNA Homologous Recombination by Single-Strand Annealing and Lack DNA Nonhomologous End Joining

2001 ◽  
Vol 233 (1) ◽  
pp. 214-224 ◽  
Author(s):  
Maria Teresa Fiorenza ◽  
Arturo Bevilacqua ◽  
Stefania Bevilacqua ◽  
Franco Mangia
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Single Strand ◽  
Nonhomologous End Joining ◽  
Preimplantation Embryos ◽  
End Joining ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Strand Annealing

scholarly journals RecF and RecR Play Critical Roles in the Homologous Recombination and Single-Strand Annealing Pathways of Mycobacteria

2015 ◽  
Vol 197 (19) ◽  
pp. 3121-3132 ◽  
Author(s):  
Richa Gupta ◽  
Stewart Shuman ◽  
Michael S. Glickman
Keyword(s):  
Dna Repair ◽  
Homologous Recombination ◽  
Strand Break ◽  
Single Strand ◽  
Central Position ◽  
End Joining ◽  
Dna Double Strand Break ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Strand Annealing

ABSTRACTMycobacteria encode three DNA double-strand break repair pathways: (i) RecA-dependent homologous recombination (HR), (ii) Ku-dependent nonhomologous end joining (NHEJ), and (iii) RecBCD-dependent single-strand annealing (SSA). Mycobacterial HR has two presynaptic pathway options that rely on the helicase-nuclease AdnAB and the strand annealing protein RecO, respectively. Ablation ofadnABorrecOindividually causes partial impairment of HR, but loss ofadnABandrecOin combination abolishes HR. RecO, which can accelerate annealing of single-stranded DNAin vitro, also participates in the SSA pathway. The functions of RecF and RecR, which, in other model bacteria, function in concert with RecO as mediators of RecA loading, have not been examined in mycobacteria. Here, we present a genetic analysis ofrecFandrecRin mycobacterial recombination. We find that RecF, like RecO, participates in the AdnAB-independent arm of the HR pathway and in SSA. In contrast, RecR is required for all HR in mycobacteria and for SSA. The essentiality of RecR as an agent of HR is yet another distinctive feature of mycobacterial DNA repair.IMPORTANCEThis study clarifies the molecular requirements for homologous recombination in mycobacteria. Specifically, we demonstrate that RecF and RecR play important roles in both the RecA-dependent homologous recombination and RecA-independent single-strand annealing pathways. Coupled with our previous findings (R. Gupta, M. Ryzhikov, O. Koroleva, M. Unciuleac, S. Shuman, S. Korolev, and M. S. Glickman, Nucleic Acids Res 41:2284–2295, 2013,http://dx.doi.org/10.1093/nar/gks1298), these results revise our view of mycobacterial recombination and place the RecFOR system in a central position in homology-dependent DNA repair.

Διερεύνηση παραγόντων που συμβάλλουν στη γονιδιωματική σταθερότητα με τεχνικές λειτουργικής μικροσκοπίας ζωντανών κυττάρων

2019 ◽  
Author(s):  
Ανδρέας Παναγόπουλος
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Single Strand ◽  
End Joining ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Non Homologous End Joining ◽  
Strand Annealing ◽  
Break Induced Replication ◽  
Uv C

Η γονιδιωματική σταθερότητα διατηρείται μέσω του συντονισμού μεταξύ των μηχανισμών του φυσιολογικού κυτταρικού κύκλου και των μηχανισμών απόκρισης σε βλάβη στο γενετικό υλικό. Οι παράγοντες που διαδραματίζουν κομβικό ρόλο στη διασύνδεση των συγκεκριμένων μηχανισμών καθίστανται ιδιαίτερα σημαντικοί. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν τα Cdt1 και Cdc6 που συμβάλλουν στην αδειοδότηση της αντιγραφής του γενετικού υλικού. Μάλιστα, οι εν λόγω παράγοντες διαδραματίζουν κομβικό ρόλο στον καρκίνο όπου η υπερέκφρασή τους οδηγεί σε γονιδιωματική αστάθεια και επικράτηση κυττάρων με ογκογονικές ιδιότητες. Επιπρόσθετα, η σημαντικότητα τους υποδεικνύεται και από το γεγονός πως ένα ευρύ φάσμα μηχανισμών είναι υπεύθυνο για τη ρύθμισή τους τόσο κατά το φυσιολογικό κυτταρικό κύκλο όσο και μετά από βλάβη στο γενετικό υλικό.Η περιοδική πρωτεόλυση πρωτεϊνών είναι ιδιαίτερα σημαντική για τη διατήρηση της κυτταρικής φυσιολογίας. Η διαδικασία της πρωτεόλυσης πραγματοποιείται μέσω της πρόσδεσης αλυσίδων ουβικουϊτίνης στις πρωτεΐνες-υποστρώματα, οι οποίες στη συνέχεια καθίστανται στόχοι αποικοδόμησης από το πρωτεάσωμα. Η λιγάση της ουβικουϊτίνης CRL4Cdt2 αποτελεί ένα σύμπλοκο υπεύθυνο για την ουβικουϊτινιλίωση μεγάλου αριθμού μορίων που συμβάλλουν στην πρόοδο του κυτταρικού κύκλου. Η ρύθμιση μέσω αυτού του συμπλόκου πραγματοποιείται μέσω της πρόσδεσης του υποστρώματος στο PCNA που βρίσκεται στο DNA. Το CRL4Cdt2 είναι ενεργό κατά τη διάρκεια της S φάσης και μετά από βλάβη στο γενετικό υλικό. Παρά το γεγονός πως η εν λόγω λιγάση της ουβικουϊτίνης αποτελεί έναν κεντρικό ρυθμιστή της γονιδιωματικής σταθερότητας εντούτοις ο μοριακός μηχανισμός αναγνώρισης υποστρώματος δεν είχε διαλευκανθεί πλήρως. Το μέχρι πρόσφατα επικρατές μοντέλο όριζε πως το CRL4Cdt2 στρατολογείται στη χρωματίνη αφού πρώτα έχει σχηματιστεί το σύμπλοκο PCNA-υπόστρωμα. Ερευνητικά δεδομένα από διάφορες ομάδες υποδείκνυαν ένα διαφορετικό μηχανισμό σε σχέση με το συγκεκριμένο μοντέλο. Στην παρούσα διατριβή, με τη χρήση μεταλλαγμάτων του υποδοχέα υποστρώματος της λιγάσης, Cdt2 και ακτινοβολίας UV-C καταφέραμε να διαπιστώσουμε πως η συσσώρευση στην περιοχή της βλάβης πραγματοποιείται μέσω του καρβοξυ-τελικού τμήματος της πρωτεΐνης και συγκεκριμένα μέσω μοτίβου PIP-box που εδράζεται στο καρβόξυ-τελικό άκρο. Τα συγκεκριμένα δεδομένα οδήγησαν στην περιγραφή ενός νέου μοντέλου για το μηχανισμό αναγνώρισης υποστρώματος όπου η λιγάση και το υπόστρωμα συσσωρεύονται ανεξάρτητα στο PCNA. Στη συνέχεια ακολουθεί η αναγνώριση και η ουβικουϊτινιλίωση του υποστρώματος το οποίο στοχεύεται για πρωτεόλυση.Οι διπλές θραύσεις στο γενετικό υλικό είναι μία από τις πιο επιζήμιες βλάβες και μπορούν να προκληθούν από ενδογενείς διεργασίες ή εξωγενείς παράγοντες. Αν δεν επιδιορθωθούν ή επιδιορθωθούν με λανθασμένο τρόπο μπορεί να προκαλέσουν γονιδιωματική αστάθεια. Οι κύριοι επιδιορθωτικοί μηχανισμοί που έχουν αναπτυχθεί προκειμένου να αντιμετωπιστούν οι εν λόγω βλάβες είναι η Μη-Ομόλογη Σύνδεση των Άκρων (Non-Homologous End Joining, NHEJ) που λειτουργεί καθ' όλη τη διάρκεια του κυτταρικού κύκλου και είναι επιρρεπής σε λάθη και ο Ομόλογος Ανασυνδυασμός (Homologous Recombination, HR) που λειτουργεί μόνο κατά τις S και G2 φάσεις του κυτταρικού κύκλου και επιδιορθώνει τις διπλές θραύσεις με υψηλή πιστότητα. Όταν οι συγκεκριμένοι μηχανισμοί παρουσιάζουν αδυναμία επιδιόρθωσης των βλαβών στο γενετικό υλικό τότε η επιδιόρθωση επαφίεται στους εναλλακτικούς επιδιορθωτικούς μηχανισμούς που περιλαμβάνουν την Εναλλακτική Σύνδεση των Άκρων (Alternative Non-Homologous End Joining, A-NHEJ) με κύριο υπομονοπάτι τη Σύνδεση των Άκρων ρυθμιζόμενη από Μικρο-ομολογία (Microhomology Mediated End Joining, MMEJ), τη Σύνδεση Μονού Κλώνου (Single Strand Annealing, SSA) και την Επιδιόρθωση Αντιγραφής Επαγόμενης από Θραύση (Break Induced Replication, BIR). Τα συγκεκριμένα επιδιορθωτικά μονοπάτια αν και βελτιώνουν τις πιθανότητες ενός κυττάρου για επιβίωση μετά από βλάβη εντούτοις παρουσιάζονται ιδιαίτερα επιρρεπή σε λάθη. Προηγούμενα ερευνητικά δεδομένα του εργαστηρίου υπέδειξαν την ταχύτατη συσσώρευση του Cdt1 στην περιοχή της εντοπισμένης βλάβης από UV-A παλμικό laser. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε εκτεταμένη μελέτη της πιθανής εμπλοκής του Cdt1 στην επιδιόρθωση των διπλών θραύσεων. Τα ερευνητικά δεδομένα από πειράματα με κυτταρικά συστήματα αναφοράς φθορισμού υποδεικνύουν πως ο συγκεκριμένος παράγοντας συμμετέχει στα βασικά μονοπάτια επιδιόρθωσης NHEJ, HR καθώς και στα εναλλακτικά μονοπάτια SSA και BIR. Πειράματα που πραγματοποιήθηκαν με ετοποσίδιο, neocarzinostatin και ακτίνες Χ προκειμένου να διαλευκανθεί το ακριβές σημείο εμπλοκής του Cdt1 στα μονοπάτια επιδιόρθωσης των διπλών θραύσεων δεν οδήγησαν σε κάποιο ξεκάθαρο συμπέρασμα.Στην παρούσα διατριβή διαπιστώθηκε για πρώτη φορά πως ο αδειοδοτικός παράγοντας Cdc6 διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στην επιδιόρθωση των διπλών θραύσεων στο γενετικό υλικό. Συγκεκριμένα με τη χρήση UV-A παλμικού laser διαπιστώθηκε πως το Cdc6 συσσωρεύεται ταχύτατα στην περιοχή της εντοπισμένης βλάβης. Πειράματα με ετοποσίδιο και neocarzinostatin καθώς και με κυτταρικά συστήματα αναφοράς φθορισμού υπέδειξαν πως το Cdc6 εμπλέκεται στο μονοπάτι NHEJ και συγκεκριμένα στα αρχικά στάδια κατά τη συσσώρευση των παραγόντων 53BP1 και RIF1 στα σημεία της βλάβης. Στον αντίποδα η συσσώρευση στα σημεία βλάβης των παραγόντων του μονοπατιού HR, pRPA και Rad51 δεν επηρεάζεται από το Cdc6. Τα συγκεκριμένα πειράματα υπέδειξαν επίσης πως το Cdc6 εμπλέκεται στην ενεργοποίηση της κινάσης ATM χωρίς ωστόσο να επηρεάζει τη φωσφορυλίωση της ιστόνης H2AX. Τέλος, στην παρούσα διατριβή διαπιστώθηκε πως η απουσία του Cdc6 οδηγεί σε ευαισθητοποίηση των καρκινικών κυττάρων σε επώαση με γενοτοξικούς παράγοντες, γεγονός που υποδεικνύει πως η εμπλοκή του Cdc6 στα μονοπάτια απόκρισης στη βλάβη είναι σημαντική για την επιβίωση των κυττάρων. Παράλληλα, υποδεικνύει πως η αποσιώπηση του Cdc6 μπορεί να χρησιμοποιηθεί σε θεραπευτικές προσεγγίσεις για την καταπολέμηση του καρκίνου.

Pathways and assays for DNA double-strand break repair by homologous recombination

2019 ◽  
Vol 51 (9) ◽  
pp. 879-889 ◽  
Author(s):  
Jinbao Li ◽  
Huize Sun ◽  
Yulin Huang ◽  
Yali Wang ◽  
Yuyan Liu ◽  
...  
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Strand Break ◽  
Dna Helicase ◽  
Single Strand ◽  
Homology Search ◽  
End Joining ◽  
Single Strand Annealing ◽  
D Loop ◽  
Non Homologous End Joining ◽  
Strand Annealing

AbstractDouble strand breaks (DSBs) are the most detrimental type of DNA damage that must be repaired to ensure genome integrity and cell survival. Unrepaired or improperly repaired DSBs can potentially cause tumorigenesis or cell death. DSBs are primarily repaired by non-homologous end joining or homologous recombination (HR). The HR pathway is initiated by processing of the 5′-end of DSBs to generate 3′-end single-strand DNA (ssDNA). Furthermore, the intermediate is channeled to one of the HR sub-pathways, including: (i) double Holliday junction (dHJ) pathway, (ii) synthesis-dependent strand annealing (SDSA), (iii) break-induced replication (BIR), and (iv) single-strand annealing (SSA). In the dHJ sub-pathway, the 3′-ssDNA coated with Rad51 recombinase performs homology search and strand invasion, forming a displacement loop (D-loop). Capture of the second end by the D-loop generates a dHJ intermediate that is subsequently dissolved by DNA helicase or resolved by nucleases, producing non-crossover or crossover products. In SDSA, the newly synthesized strand is displaced from the D-loop and anneals to the end on the other side of the DSBs, producing non-crossovers. In contrast, BIR repairs one-end DSBs by copying the sequence up to the end of the template chromosome, resulting in translocation or loss of heterozygosity. SSA takes place when resection reveals flanking homologous repeats that can anneal, leading to deletion of the intervening sequences. A variety of reporter assays have been developed to monitor distinct HR sub-pathways in both Saccharomyces cerevisiae and mammals. Here, we summarize the principles and representative assays for different HR sub-pathways with an emphasis on the studies in the budding yeast.

Multi-Pathway DNA Double-Strand Break Repair Reporters Reveal Extensive Cross-Talk Between End-Joining, Single Strand Annealing, and Homologous Recombination

2021 ◽  
Author(s):  
Bert van de Kooij ◽  
Alex Kruswick ◽  
Haico van Attikum ◽  
Michael B. Yaffe
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Cross Talk ◽  
Single Strand ◽  
Repair Pathway ◽  
End Joining ◽  
Dsb Repair ◽  
Alu Elements ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Strand Annealing ◽  
End Resection

DNA double-strand breaks (DSB) are repaired by multiple distinct pathways, with outcomes ranging from error-free repair to extensive mutagenesis and genomic loss. Repair pathway cross-talk and compensation within the DSB-repair network is incompletely understood, despite its importance for genomic stability, oncogenesis, and the outcome of genome editing by CRISPR/Cas9. To address this, we constructed and validated three fluorescent Cas9-based reporters, named DSB-Spectrum, that simultaneously quantify the contribution of multiple distinct pathways to repair of a DSB. These reporters distinguish between DSB-repair by error-free canonical non-homologous end-joining (c-NHEJ) versus homologous recombination (HR; reporter 1), mutagenic repair versus HR (reporter 2), and mutagenic end-joining versus single strand annealing (SSA) versus HR (reporter 3). Using these reporters, we show that inhibition of the essential c-NHEJ factor DNA-PKcs not only increases repair by HR, but also results in a substantial increase in mutagenic repair by SSA. We show that SSA-mediated repair of Cas9-generated DSBs can occur between Alu elements at endogenous genomic loci, and is enhanced by inhibition of DNA-PKcs. Finally, we demonstrate that the short-range end-resection factors CtIP and Mre11 promote both SSA and HR, whereas the long-range end-resection factors DNA2 and Exo1 promote SSA, but reduce HR, when both pathways compete for the same substrate. These new Cas9-based DSB-Spectrum reporters facilitate the rapid and comprehensive analysis of repair pathway crosstalk and DSB-repair outcome.

scholarly journals Multiple Pathways for Repair of DNA Double-Strand Breaks in Mammalian Chromosomes

1999 ◽  
Vol 19 (12) ◽  
pp. 8353-8360 ◽  
Author(s):  
Yunfu Lin ◽  
Tamas Lukacsovich ◽  
Alan S. Waldman
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Double Strand Breaks ◽  
Nonhomologous End Joining ◽  
Dna Double Strand Breaks ◽  
End Joining ◽  
Base Pairs ◽  
Dsb Repair ◽  
Strand Breaks ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Strand Annealing

ABSTRACT To study repair of DNA double-strand breaks (DSBs) in mammalian chromosomes, we designed DNA substrates containing a thymidine kinase (TK) gene disrupted by the 18-bp recognition site for yeast endonuclease I-SceI. Some substrates also contained a second defective TK gene sequence to serve as a genetic donor in recombinational repair. A genomic DSB was induced by introducing endonuclease I-SceI into cells containing a stably integrated DNA substrate. DSB repair was monitored by selection for TK-positive segregants. We observed that intrachromosomal DSB repair is accomplished with nearly equal efficiencies in either the presence or absence of a homologous donor sequence. DSB repair is achieved by nonhomologous end-joining or homologous recombination, but rarely by nonconservative single-strand annealing. Repair of a chromosomal DSB by homologous recombination occurs mainly by gene conversion and appears to require a donor sequence greater than a few hundred base pairs in length. Nonhomologous end-joining events typically involve loss of very few nucleotides, and some events are associated with gene amplification at the repaired locus. Additional studies revealed that precise religation of DNA ends with no other concomitant sequence alteration is a viable mode for repair of DSBs in a mammalian genome.

scholarly journals Rejoining of DNA Double-Strand Breaks as a Function of Overhang Length

2005 ◽  
Vol 25 (3) ◽  
pp. 896-906 ◽  
Author(s):  
James M. Daley ◽  
Thomas E. Wilson
Keyword(s):  
Gc Content ◽  
Double Strand Breaks ◽  
Nonhomologous End Joining ◽  
Dna Double Strand Breaks ◽  
End Joining ◽  
Strand Breaks ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Primary Determinant ◽  
Overhang Length ◽  
Strand Annealing

ABSTRACT The ends of spontaneously occurring double-strand breaks (DSBs) may contain various lengths of single-stranded DNA, blocking lesions, and gaps and flaps generated by end annealing. To investigate the processing of such structures, we developed an assay in which annealed oligonucleotides are ligated onto the ends of a linearized plasmid which is then transformed into Saccharomyces cerevisiae. Reconstitution of a marker occurs only when the oligonucleotides are incorporated and repair is in frame, permitting rapid analysis of complex DSB ends. Here, we created DSBs with compatible overhangs of various lengths and asked which pathways are required for their precise repair. Three mechanisms of rejoining were observed, regardless of overhang polarity: nonhomologous end joining (NHEJ), a Rad52-dependent single-strand annealing-like pathway, and a third mechanism independent of the first two mechanisms. DSBs with overhangs of less than 4 bases were mainly repaired by NHEJ. Repair became less dependent on NHEJ when the overhangs were longer or had a higher GC content. Repair of overhangs greater than 8 nucleotides was as much as 150-fold more efficient, impaired 10-fold by rad52 mutation, and highly accurate. Reducing the microhomology extent between long overhangs reduced their repair dramatically, to less than NHEJ of comparable short overhangs. These data support a model in which annealing energy is a primary determinant of the rejoining efficiency and mechanism.

scholarly journals Analysis of BRCA1 Variants in Double-Strand Break Repair by Homologous Recombination and Single-Strand Annealing

2013 ◽  
Vol 34 (3) ◽  
pp. 439-445 ◽  
Author(s):  
William I. Towler ◽  
Jie Zhang ◽  
Derek J. R. Ransburgh ◽  
Amanda E. Toland ◽  
Chikashi Ishioka ◽  
...  
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Strand Break ◽  
Double Strand Break ◽  
Single Strand ◽  
Double Strand Break Repair ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Break Repair ◽  
Strand Annealing

scholarly journals A dual role for mycobacterial RecO in RecA-dependent homologous recombination and RecA-independent single-strand annealing

2013 ◽  
Vol 41 (4) ◽  
pp. 2284-2295 ◽  
Author(s):  
Richa Gupta ◽  
Mikhail Ryzhikov ◽  
Olga Koroleva ◽  
Mihaela Unciuleac ◽  
Stewart Shuman ◽  
...  
Keyword(s):  
Homologous Recombination ◽  
Dual Role ◽  
Single Strand ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Strand Annealing

scholarly journals Increased single-strand annealing rather than non-homologous end-joining predicts hereditary ovarian carcinoma

Oncotarget ◽  
2017 ◽  
Vol 8 (58) ◽  
pp. 98660-98676 ◽  
Author(s):  
Miriam Deniz ◽  
Tatiana Romashova ◽  
Sarah Kostezka ◽  
Anke Faul ◽  
Theresa Gundelach ◽  
...  
Keyword(s):  
Ovarian Carcinoma ◽  
Single Strand ◽  
End Joining ◽  
Single Strand Annealing ◽  
Non Homologous End Joining ◽  
Strand Annealing
Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document