A tale of two proteins: S. cerevisiae Rad9 DNA damage checkpoint protein and Aft1 transcription factor on the surveillance of DNA damage-prone chromatin under non DNA damage-induced conditions. Insights from genome-wide analyses

Abstract

DNA damage response and repair proteins are centrally involved in genome maintenance pathways. Yet, little is known about their functional role under non-DNA damage-inducing conditions. In the present study Ι show that Rad9 checkpoint protein, known to mediate the damage signal from upstream to downstream essential kinases, interacts with Aft1 transcription factor in the budding yeast. Aft1 regulates iron homeostasis and is also involved in genome integrity having additional iron-independent functions. Using genome-wide expression and chromatin immunoprecipitation approaches, I found Rad9 to be recruited to 16% of the yeast genes, often related to cellular growth and metabolism, while affecting the transcription of ~2% of the coding genome in the absence of exogenously-induced DNA damage. Importantly, Rad9 is recruited to fragile genomic regions (transcriptionally active, GC rich, centromeres, meiotic recombination hotspots and retrotransposons) non randomly and in an Aft1-dependent manner. Further analyses revealed substantial genome-wide parallels between Rad9 binding patterns to the genome and major activating histone marks such as H3K36me, H3K79me and H3K4me. Thus, the findings of my thesis suggest that Rad9 functions together with Aft1 on DNA damage prone chromatin to facilitate genome surveillance, thereby ensuring rapid and effective response to possible DNA damage events.

Οι πρωτεΐνες που αποκρίνονται στην καταστροφή του DNA και οι πρωτεΐνες επιδιόρθωσης των βλαβών στο DNA σχετίζονται σημαντικά με τα μονοπάτια συντήρησης του γονιδιώματος. Παρόλα αυτά, λίγα είναι γνωστά για το ρόλο τους σε συνθήκες μη επαγόμενης καταστροφής DNA. Στην παρούσα εργασία δείχνω ότι η πρωτεΐνη ελέγχου Rad9, γνωστή για τη διαμεσολάβηση του σήματος καταστροφής DNA από κινάσες που βρίσκονται στην κορυφή του μονοπατιού απόκρισης σε κινάσες που βρίσκονται στο τέλος αυτού, αλληλεπιδρά με τον μεταγραφικό παράγοντα Aft1 στη ζύμη. Ο παράγοντας Aft1 ρυθμίζει την ομοιόσταση του σιδήρου και επίσης σχετίζεται με τη γονιδιωματική ακεραιότητα έχοντας επιπρόσθετες λειτουργίες μη σχετιζόμενες με το σίδηρο. Χρησιμοποιώντας τεχνικές γονιδιωματικής κλίμακας και ανοσοκτακρήμνιση χρωματίνης βρήκα ότι η πρωτεΐνη Rad9 στρατολογείται στο 16% των γονιδίων της ζύμης, συχνά σχετιζόμενα με την κυτταρική ανάπτυξη και το μεταβολισμό, ενώ επηρεάζει τη μεταγραφή του ~2% του κωδικευόμενου γονιδιώματος κατά την απουσία εξωγενώς επαγόμενης καταστροφής DNA. Η πρωτεΐνη Rad9 στρατολογείται σε ευαίσθητες περιοχές του γονιδιώματος (μεταγραφικά ενεργές, πλούσιες σε αλληλουχίες GC, κεντρομερή, περιοχές αυξημένης συχνότητας μειωτικού ανασυνδυασμού και μεταθετά στοιχεία) με μη τυχαίο και Aft1-εξαρτώμενο τρόπο. Περαιτέρω αναλύσεις αποκάλυψαν ουσιαστικές ομοιότητες μεταξύ του προτύπου πρόσδεσης της Rad9 στο γονιδίωμα και σημαντικών τροποποιήσεων ιστονών σχετιζόμενων με ενεργή μεταγραφή όπως οι H3K36me, H3K79me και H3K4me. Επομένως, τα ευρήματά της εργασίας μου υποδεικνύουν ότι η πρωτεΐνη Rad9 συνεργάζεται με τον παράγοντα Aft1 σε περιοχές χρωματίνης που είναι ευαίσθητες σε καταστροφή DNA προκειμένου να διευκολύνουν την επιτήρηση του γονιδιώματος, διασφαλίζοντας ταχεία και αποτελεσματική απόκριση σε πιθανά γεγονότα καταστροφής DNA.