Universität zu Köln

Molecular characterization of the UV-response in Caenorhabditis elegans

Wolters, Stefanie (2014) Molecular characterization of the UV-response in Caenorhabditis elegans. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    The Structural Maintenance of Chromosomes (SMC) proteins form distinct complexes that maintain genome stability during chromosome segregation, homologous recombination (HR), and DNA replication. Using a forward genetic screen, we identified two alleles of smc-5 that exacerbate UV-sensitivity in C. elegans. Germ cells of smc-5 defective animals show reduced proliferation, sensitivity to perturbed replication and accumulation of RAD-51 foci that indicate the activation of HR. Mutations in the translesion synthesis polymerase polh-1 act synergistically with smc-5 mutations in provoking genome instability after UV-induced DNA damage. In contrast, the DNA damage accumulation and UV-sensitivity in smc-5 mutant strains are suppressed by mutations in the C. elegans BRCA1/BARD1 homologues, brc-1 and brd-1. We propose that SMC-5/6 promotes replication fork stability and facilitates recombination-dependent repair when the BRC-1/BRD-1 complex initiates HR at stalled replication forks. Our data suggest that BRC-1/BRD-1 can both, promote and antagonize genome stability depending on whether HR is initiated during DSB repair or during replication stalling. In addition, we characterized the pool of small regulatory RNAs that respond to UV irradiation in young C. elegans. Deep sequencing identified miRNAs that were regulated differentially after treatment with UV light and revealed novel miRNAs. We validated upregulation of mir-2214*, mir-235, mir-71 and mir-238 as well as suppression of mir-1830, let-7, mir-2211, mir-48 and lin-4. However, analysis of mutants and GFP-reporter strains indicated that lin-4 and let-7 are dispensable for resistance to UV and that promoter activity is not changed after irradiation. Combining literature research and bioinformatical approaches we found that UV-regulated miRNAs are associated with growth and development. Also, we provide evidence that miRNAs alter MAPK kinase signaling, control nucleotide excision repair and the proteasome in response to UV irradiation.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Proteine der Familie “Structural Maintenance of Chromosomes” formen spezifische Komplexe, welche während der Segregation von Chromosomen, Homologer Rekombination (HR) und DNA Replikation für genomische Stabilität essentiell sind. Mit Hilfe eines genetischen Screenings haben wir zwei neue Allele von smc-5 entdeckt, die C. elegans sensitiv gegenüber UV-Bestrahlung machen. Die Keimzellen dieser smc-5-Mutanten weisen verringerte Proliferationsraten, Sensitivität gegenüber Replikationsstörungen, sowie eine erhöhte Anzahl von RAD-51 foci auf, welche auf die Aktivierung von HR hinweisen. UV-induzierte Läsionen der DNA können von der DNA Polymerase POLH-1 überlesen werden. Die Kombination von Mutationen in polh-1 mit smc-5 Mutationen wirkt sich synergistisch auf genomische Instabilität in Folge von UV-induzierten DNA-Schäden aus. Im Gegensatz dazu unterdrücken Mutationen der C. elegans Homologe des BRCA1/BARD1 Komplex, brc-1 und brd-1, die Akkumulation von DNA Schäden sowie die UV-Sensitivität von smc-5 Mutanten. Unsere Daten deuten darauf hin, dass der SMC-5/6 Komplex die Stabilität von Replikationsgabeln sichert und Rekombinations-abhängige Reperaturmechanismen fördert, wenn BRC-1/BRD-1 HR an blockierten Replikationsgabeln induziert. Weiterhin haben wir die Gruppe der kleinen regulatorischen RNAs charakterisiert, welche nach UV-Bestrahlung differentielle Expression in jungen C. elegans Larven aufweisen. Mittels Deep-Sequencing konnten wir nicht nur Regulation von miRNAs feststellen, sondern waren auch in der Lage bislang unbekannte miRNAs zu identifizieren. In diesem Zusammenhang haben wir die Hochregulation von mir-2214*, mir-235, mir-71 und mir-238 sowie die Suppression von mir-1830, let-7, mir-2211, mir-48 and lin-4 validieren können. Nichtsdestotrotz konnten wir keine Abhängigkeit der UV-Resistenz von let-7 oder lin-4 feststellen. Ebenso haben wir auch keine Veränderung der Promotor-Aktvität, durch die Nutzung von Fluoreszenz-Reportern beider Gene feststellen können. Literaturrecherche in Verbindung mit bioinformatischer Analyse zeigte, dass miRNAs, welche nach UV-Bestrahlung veränderte Expression aufweisen, in Verbindung mit Wachstum und Entwicklungsprozessen stehen. Weiterhin deuten unsere Daten darauf hin, dass der MAPK Signalweg, die Nukleotid Exzisions Reperatur und das Proteasom unter der Kontrolle der UV-regulierten miRNAs stehen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Wolters, Stefaniewolterss@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-54533
    Subjects: Natural sciences and mathematics
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    DNS Reperatur, UV-Bestrahlung, smc-5, MicroRNAs, EntwicklungGerman
    DNA repair, UV radiation, smc-5, microRNAs, developmentEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Genetik
    Language: English
    Date: 15 January 2014
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: 17 October 2013
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 27 Jan 2014 16:20:35
    Referee
    NameAcademic Title
    Schumacher, BProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5453

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