The Role of Poly(ADP-Ribose) Formation - ETH E

DISS. ETH NO. 10913
The Role of
Poly(ADP-Ribose) Formation
in DNA Excision
in
Xenopus Egg
Repair
Cell-Free
Lysates
A Dissertation submitted to the
SWISS FEDERAL INSTITUTE OF TECHNOLOGY
for the
Degree
of
DOCTOR OF NATURAL SCIENCES
Presented
by
LIANE HOFFERER
Mag.
Born
Rer. Nat.
September 26th, 1960
Puchenau/Linz, Austria
Citizen of
Accepted
on
the recommendation of
PROF. DR. KASPAR H.
PROF. DR. FELIX R.
WINTERHALTER, EXAMINER
ALTHAUS, COEXAMINER
1994
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SUMMARY
Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)
catalizing
a
mainly on
inhibitor studies,
is
versatile enzyme in the cell nucleus
a
highly energy consuming process. Experimental evidence,
suggested
essential function in DNA excision
ribosyl)ation
and AAF adducts
repair.
repair directly,
in DNA
established which is able to
by
that
poly(ADP-ribose)
turnover has
To address the role of
Xenopus
a
based
an
poly(ADP-
laevis egg cell-free system
was
repair i) pyrimidine dimers, (6-4) photoproducts,
nucleotide excision
repair (NER), and ii) pyrimidine
hydrates, alkylated
thymine glycols by base excision repair (BER) with
high efficiency. The main findings were that repair occurs via a distributive mode
bases and
and that the
excision
poly(ADP-ribosyl)ation system
damages
which
thesized and
are
substrates for BER,
prevention
repair. Contrastingly,
the
and the presence of the
These data
suggest
apparently
not
of
differentially
the
repair
of UV- and
competitive
repair
involved in the two
of
OsO4-and
poly(ADP-ribose) polymers
polymer production
led to
MNNG-
were
syn¬
drastic inhibition of
a
AAF-damage did
not activate PARP
inhibitor benzamide did not affect NER.
poly(ADP-ribosyl)ation is directly involved in BER but
employed in NER in the Xenopus egg lysate system. However, the
that
involvment of PARP in BER appears to be
binds
is
repair pathways investigated. During
a
negative
one, in that the enzyme
tightly to DNA strand breaks and competes with repair enzymes for access
damaged site. Only upon automodification, PARP is released from DNA
allowing access of repair enzymes. Xenopus lysates with inactivated PARP
to the
thus
exhibit full DNA excision
if PARP is
dispensable
emerging from
It
might
nation processes and in
integrity
in DNA excision
different groups
ribose) function.
the view that
repair in the absence of poly(ADP-ribose)
have
repair,
including ours
a
role in the
sensoring
poly-(ADP-ribose)
DNA
has
a
what is it
led to
a new
prevention
damage.
of
turnover.
doing
sight
of
poly(ADP-
illegitimate
General
So,
then? Data
agreement
recombi¬
exists in
role in the maintenance of genome
and chromatin metabolism.
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7
ZUSAMMENFASSUNG
Poly(ADP-ribose) polymerase (PARP)
Die
ist ein
vielseitiges Enzym
des Zell-
kerns, welches einen energetisch aufwendigen Mechanismus katalysiert. Auf-
grund experimenteller Daten,
wurde vermutet, dafi
ren,
DNS
vis Eiern
vorwiegend
Poly(ADP-ribose)
Exzisions-Reparatur tragt.
bei der DNS
auf
Poly(ADP-ribosyl)ierung
ein zellfreies
Lysat aus Xenoptis laehergestellt. Dieses konnte i) Pyrimidin-Dimere, (6-4) Photoschaden und
Hydrate, alkylierte
Nukleotid-Exzisions-Reparatur (NER) und ii) Pyrimidin
Thymin Glykole iiber den Basen-Exzisions-Repa-
Basen und
(BER) Mechnismus mit hoher Effizienz reparieren.
Resultate waren, dafi die
erfolgt
basie-
Enzym-Hemmstudien
eine essentielle Funktion bei der
Um die Funktion der
Reparatur zu studieren, wurde
AAF-Addukte iiber den
ratur
die
und dafi die
Reparatur
Die hervorstechendsten
iiber einen distributiven Mechanismus
Poly(ADP-ribosyl)ierung in den zwei untersuchten Reparabeteiligt ist. Wahrend der Reparatur von OSO4- und
verschieden
turwegen
MNNG-Schaden, die iiber den BER Mechanismus erfolgen, wurden Poly(ADP-
ribose) Polymere gebildet, und die Verhinderung der Polymer Synthese
zu
einer drastischen
wahrend der
der
Hemmung
Reparatur
kompetitive
Reparatur.
UV- und AAF-Schaden PARP nicht aktiviert und
dafi im
Xenopus
Ei
Lysat System, Poly(ADP-ribosyl)-
direkt in der BER aber offensichtlich nicht in der NER
beteiligt
noch erwies sich selbst die Funktion der PARP in der BER als eine
indem das
von
pus
Enzym
den Zugang
men
der DNS
Lysate
ribose)
fest
an
an
DNS
Strangbriiche bindet und
somit
ist. Den-
negative,
Reparaturenzy-
die DNS behindert. Erst duch Automodifikation kann PARP
abgehen
und somit
Zugang
mit inaktivierter PARP
Umsatz. Daraus
Exzisions-Reparatur
zellularen
fuhrte
Im Unterschied dazu wurde
Inhibitor Benzamid hatte keinen EinfluG auf die NER. Diese
Ergebnisse implizieren,
ierung
von
der
ergibt
nicht
Regeneration
fur
zeigten
sich die
Reparaturenzyme schaffen.
voile
Reparatur
folgende Frage:
benotigt wird,
ohne
Xeno¬
poly(ADP-
"Wenn PARP fur DNS
welche Funktion hat
nach DNA
es
dann bei der
aus verschieSchadigung?" Jiingste
Gruppen, unsere eingeschlossen, fiihrten zu einer neuen Sicht, was die
Funktion der Poly(ADP-ribose) betrifft. Es diirfte eine Rolle bei der Verhinde¬
Daten
denen
rung
von
Schaden
illegitimen Rekombinationsprozessen und
spielen. Einig
ist
man
darin, daG
Bewahrung der Genom-Integritat
im
Poly(ADP-ribose)
Aufspiiren
von
DNS
eine Funktion bei der
und im Chromatin-Metabolismus
spielt.
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