Universität zu Köln

Franz, André (2012). Role of the ubiquitin-selective CDC-48/UFD-1/NPL-4 chaperone in DNA replication. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Faithful transmission of genomic information requires tight spatiotemporal regulation of DNA replication factors. Posttranslational modifications, such as ubiquitylation, constitute a fast and effective mechanism to control such complex protein function. The AAA-ATPase CDC-48 plays an essential role in selective protein degradation triggered by ubiquitylation. While initial studies reported a crucial function of CDC-48 in the regulation of mitotic events, an essential role of the CDC-48/UFD-1/NPL-4 complex in DNA replication has been revealed in Caenorhabditis elegans (C. elegans) recently. Since the mechanistic details of CDC-48 activity remained to be elucidated, the identification of key substrates playing a vital role during DNA duplication is of major interest. This work describes a regulatory function of CDC-48 in the coordination of licensing and elongation events of DNA replication in C. elegans. In the licensing step of DNA replication, CDT-1 is loaded onto chromatin to subsequently promote the recruitment of relevant replication factors, including CDC-45 and the GINS complex. Throughout the elongation step CDC-45 and the GINS complex move with the replication fork, however, it is largely unknown how their chromatin association is controlled. CDC-48/UFD-1/NPL-4 deficient embryos stabilize the licensing factor CDT-1 exclusively on mitotic chromatin. Furthermore, worm embryos lacking cdc-48, ufd-1, or npl-4, show persistent chromatin association of CDC-45 and the GINS complex. Notably, the protein levels of CDC-45 and the GINS subunits SLD-5 and PSF-3 are not affected by ufd-1 and npl-4 (RNAi), suggesting a non-proteolytic regulation. Down-regulation of CDT-1 suppresses the chromatin association of the GINS complex in embryos disrupted for a functional CDC-48/UFD-1/NPL-4 complex. Hence, CDC-48 is supposed to orchestrate both, CDT-1 degradation and chromatin dissociation of the CDC-45/GINS complex. In conclusion, this work describes a novel role of the ubiquitin-selective chaperone CDC-48/UFD-1/NPL-4 in the context of chromatin associated processes. Elucidating the key substrates of CDC-48 during DNA replication illustrates a critical function in safeguarding genomic stability by an unexpected principle of target protein regulation.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Role des ubiquitin-selektiven CDC-48/UFD-1/NPL-4 Chaperons während der DNA-Replikation German
Translated abstract:	Abstract Language Die verlässliche Weitergabe der genetischen Information bedarf strikter räumlicher und zeitlicher Regulierung von Replikationsfaktoren. Derart komplexe Proteinfunktionen sind meistens durch postranslationale Modifikationen, wie z.B. Ubiquitylierung, kontrolliert. Die AAA-ATPase CDC-48 ist essentiell am Ubiquitin-vermittelten Proteinabbau beteiligt. Während CDC-48 zunächst eine zentrale Funktion in der Regulierung der Mitose zugesprochen wurde, konnte kürzlich eine entscheidende Rolle des CDC-48/UFD-1/NPL-4-Komplexes bei der DNA-Replikation in Caenorhabditis elegans (C. elegans) gezeigt werden. Die mechanistischen Details der CDC-48-Aktivität während der DNA-Replikation sind bisher unbekannt. Daher ist es von besonderem Interesse, die ausschlaggebenden Substrate zu entschlüsseln. Diese Arbeit beschreibt die regulatorische Funktion von CDC-48 in der Koordinierung von Lizensierungs- und Elongationsprozessen bei der DNA-Replikation in C. elegans. Im Lizensierungsschritt der DNA-Replikation bindet CDT-1 an das Chromatin und leitet die Rekrutierung wichtiger Replikationsfaktoren, darunter CDC-45 und der GINS-Komplex, ein. CDC-45 und GINS bewegen sich während des Elongationsschrittes zusammen mit der Replikationsgabel. Es ist jedoch weitgehend unbekannt, wie deren Chromatinassoziierung kontrolliert wird. In cdc-48, ufd-1 oder npl-4 defizienten Embryonen ist der Lizensierungsfaktor CDT-1 spezifisch auf mitotischem Chromatin stabilisiert. Weiterhin zeigen Wurmembryonen andauernde Chromatinassoziierung von CDC-45 und des GINS-Komplexes, wenn cdc-48, ufd-1 oder npl-4 durch RNAi ausgeschaltet wurden. Bemerkenswerterweise sind die Proteinlevel von CDC-45 und der GINS-Untereinheiten SLD-5 und PSF-3 nicht durch ufd-1 oder npl-4 (RNAi) beeinträchtigt. Dies legt eine Regulierung nahe, die ohne Proteolyse von CDC-45 und GINS abläuft. Verminderte CDT-1 Level unterdrücken die Chromatinassoziierung des GINS-Komplexes in Embryonen, in denen CDC-48/UFD-1/NPL-4 nicht funktionsfähig ist. Folglich koordiniert CDC-48 vermutlich beide Prozesse, sowohl den Abbau von CDT-1, als auch die Chromatindissoziierung von CDC-45 und des GINS-Komplexes. Diese Arbeit beschreibt somit eine neue Funktion des Ubiquitin-selektiven Chaperons CDC-48/UFD-1/NPL-4 in der Regulierung chromatinassoziierter Prozesse. Die Identifizierung der relevanten Faktoren während der DNA-Replikation belegt eine wesentliche Role in der Beibehaltung der genetischen Information durch ein unerwartetes Prinzip der Substrat-Regulierung. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Franz, André franza1@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
Corporate Creators:	Institute for Genetics, University of Cologne
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-47659
Date:	2012
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Biology > Institute for Genetics
Subjects:	Natural sciences and mathematics Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language cell division cycle, DNA replication, ubiquitin, CDC-48, CDT-1, CDC-45, GINS English Zellzyklus, DNA-Replikation, Ubiquitin, CDC-48, CDT-1, CDC-45, GINS German
Date of oral exam:	June 2012
Referee:	Name Academic Title Hoppe, Thorsten Prof. Dr. R. Jürgen, Dohmen Prof. Dr. Sommer, Thomas Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/4765