Механизми на разпространение на γH2AX и MDC1 извън зоната на ДНК увреждане

ATM индуцираното фосфорилиране на хистон H2AX и натрупването на MDC1 по време на поправка на ДНК може да се разпространи на милиони бази разстояние от мястото на увреждане. Предполага се, че в основата на този процес е екструзията на бримките на ДНК, но все още не е проучен детайлния механизъм. Настоящото изследване има за цел да внесе яснота в тази стъпка от процеса на ДНК поправка чрез измерване на кинетиките на натрупване на MDC1, ATM, NIPBL и RAD21 към комплексни ДНК увреждания предизвикани чрез микрооблъчване с ултравиолетов лазер. Получените резултати разкриха, че изследваните белтъци се натрупват около мястото на ДНК увреждане, като свързаните с екструзията на бримките белтъци NIPBL и RAD21 се натрупват на по-късен етап. От тази разлика може да се заключи, че екструзията на бримките не може да е единствената причина за разпространението на γH2AX и MDC1. Това беше потвърдено и чрез ауксин индуцираното изчерпване на RAD21, което не оказва ефект върху разпространението на γH2AX след индуциране на ДНК увреждане. Измерена беше скоростта на обмен и дифузионните константи на ATM и MDC1 при наличие и отсъствие на ДНК увреждане. На основата на тези резултати беше създаден количествен модел, описващ натрупването и разпространението в пространството на ATM и MDC1 при наличие на комплексни ДНК повреди. Извършените експерименти и анализираните количествени модели потвърждават хипотезата ни, че в основата на разпространението на MDC1 може да е дифузията на активиран ATM.
ATM-induced phosphorylation of histone H2AX and accumulation of MDC1 during DNA repair can extend millions of bases away from the site of damage. It is assumed that the process of loop extrusion is at the heart of this process, but the detailed mechanism has not yet been studied. The present study aimed to elucidate this step of the DNA repair process by measuring the kinetics of accumulation of MDC1, ATM, NIPBL and RAD21 to complex DNA damage induced by UV laser microirradiation. The obtained results revealed that the investigated proteins accumulate around the site of DNA damage, with the loop extrusion-related proteins NIPBL and RAD21 accumulating at a later stage. From this difference, it can be concluded that the loop extrusion cannot be the sole reason for the distribution of γH2AX and MDC1. This was also confirmed by auxin-induced depletion of RAD21, which had no effect on γH2AX spreading after induction of DNA damage. The exchange rates and diffusion constants of ATM and MDC1 in the presence and absence of DNA damage were measured. Based on these results, a quantitative model describing the accumulation and spatial distribution of ATM and MDC1 in the presence of complex DNA damage was established. The experiments performed and the quantitative models analyzed confirm our hypothesis that the diffusion of activated ATM may underlie the spread of MDC1.