Single stranded-DNA detection : the role of Wip1 in ATR-dependent pathway

• Autorzy: Kurpas M. , Jonak K. , Puszynski K.

Identyfikatory

DOI

10.14708/ma.v46i1.6375

Warianty tytułu

PL

Wykrywanie pojedynczoniciowych fragmentów DNA : rola Wip1 w szlaku sygnałowym ATR

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Single-stranded DNA (ssDNA) areas arise in cells as a result of exposure to stress agents like UVC or during repair of DNA double-strand breaks. ATR (ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related) is responsible for detecting ssDNA. Recently, it has been shown that one of the most important components of cellular response to the damage is Wip1 phosphatase, which inactivates main elements of DNA damage response (DDR) pathways. We developed a mathematical model of ATR detector system, connected to p53 tumor suppressor responsible for activation of genes involved in the cellular response to the damage (DNA repair/apoptosis). Moreover, we added Wip1 phosphatase, as the main agent responsible for turning o DDR. Our results show, that with an accurate dose of UVC and silenced or blocked Wip1, it may be possible to drive cancer cells to apoptotic pathway.

PL

Obszary pojedynczoniciowego DNA (ssDNA) powstają w komórkach w wyniku ekspozycji na stres na przykład – promieniowanie UVC–lub podczas naprawy podwójnoniciowych pęknięć DNA. ATR (ataxia telangiectasia mutated and Rad3-related) jest odpowiedzialne za wykrywanie ssDNA. Niedawno wykazano kluczową rolę fosfatazy Wip1, która inaktywuje główne elementy szlaków odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Opracowaliśmy matematyczny model ścieżki ATR i połączyliśmy go z modelem szlaku supresora nowotworowego p53, odpowiadającego za aktywację genów zaangażowanych w reakcje komórki na uszkodzenie materiału genetycznego (naprawę DNA/apoptozę). Co więcej, dodaliśmy fosfatazę Wip1, jako główny czynnik odpowiedzialny za wyłączenie ścieżek sygnałowych uruchamianych w ramach reakcji na uszkodzenie. Uzyskane wyniki pokazują, że dzięki prawidłowo dobranej dawce UVC i wyciszeniu lub zablokowaniu aktywności Wip1, możliwe jest skierowanie komórek nowotworowych na szlak apoptotyczny.

Słowa kluczowe

EN

ATR; Wip1; mathematical model; UV; p53

PL

ATR; Wip1; model matematyczny; UV; p53

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Matematyczne
• Czasopismo: Mathematica Applicanda
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 46, no. 1
• Strony: 117--126
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., fot., rys., wykr.

Twórcy

autor

Kurpas M.

• Silesian University of Technology, Faculty of Automatic Control, Electronics and Computer Science, Akademicka 16, Gliwice 44-100, Poland

autor

Jonak K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Automatic Control, Electronics and Computer Science, Akademicka 16, Gliwice 44-100, Poland

autor

Puszynski K.

• Silesian University of Technology, Faculty of Automatic Control, Electronics and Computer Science, Akademicka 16, Gliwice 44-100, Poland

Bibliografia

• [1] E. Batchelor, A. Loewer, C. Mock, and G. Lahav. Stimulus-dependent dynamics of p53 in single cells. Mol Syst Biol, 7:1-8, 2011. doi: 10.1038/msb.2011.20. Cited on p. 118.
• [2] K. Erixon and G. Ahnstrom. Single-strand breaks in DNA during rep air of UV-induced damage in normal human and xeroderma pigmentosum ells as determined by alkaline DNA unwinding and hydroxylapatite chromatography: Effects of hydroxyurea, 5-fluorodeoxyuridine and 1-beta-D-arabinofuranosylcytosine on the kinetics of repair. Mutat Res - Fund Mol M, 59:257-271, 1979. doi: 10.1016/0027-5107(79)90164-7. Cited on p. 121.
• [3] E. L. Haseltine and J. B. Rawlings. Approximate simulation of coupled fast and slow reactions for stochastic chemical kinetics. Journal of Chemical Physic, 117 (15): 6959-6969, 2002. doi: 10.1063/1.1505860. Cited on p. 120.
• [4] K. Jonak, K. Jedrasiak, A. Polanski, and K. Puszynski. Aplication of Image Processing in Proteomics: Automatic Analysis of 2-D Gel Electrophoresis Images from Western Blot Assay. Lecture Notes in Computer Science, 7594: 433-440, 2012. doi: 10.1007/978-3-642-33564-8_52. Cited on p. 120.
• [5] L. Latonen, Y. Taya, and M. Laiho. Uv-radiation induces dose-dependent regulation of p53 response and modulates p53-hdm2 interaction in human fibroblasts. Oncogene, 20 (46): 6784, 2001. doi: 10.1038/sj.onc.1204883. Cited on p. 120.
• [6] X. Le Guezennec and D. V. Bulavin. WIP1 phosphatase at the crossroads of cancer and aging. Trends Biochem Sci, 35: 109-114, 2010. doi: 10.1016/j.tibs.2009.09.005. Cited on p. 118.
• [7] S. Liu, B. Shiotani, M. Lahiri, A. Marechal, A. Tse, C. C. Leung, J. N. Glover, X. H. Yang, and L. Zou. ATR Autophosphorylation as a Molecular Switch for Checkpoint Activation. Mol Cell, 43: 192-202, 2011. doi: 10.1016/j.molcel.2011.06.019. Cited on p. 118.
• [8] J. Lowe, H. Cha, M. O. Lee, S. J. Mazur, E. Appella, and A. J. J. Fornace. Regulation of the Wip1 phosphatase and its effects on the stress response. Frontiers in bioscience: a journal and virtual library, 17: 1480-1498, 2012. Cited on p. 118.
• [9] X. Lu, B. Nannenga, and L. A. Donehower. Reversal of the ATM/ATRMediated DNA Damage Response by the Oncogenic Phosphatase PPM1D. Cell Cycle, 4: 1060-1064, 2005. doi: 10.4161/cc.4.8.1876. Cited on p. 120.
• [10] X. Lu, O. Ma, T. A. Nguyen, S. N. Jones, M. Oren, and L. A. Donehower. The Wip1 Phosphatase acts as a gatekeeper in the p53-Mdm2 autoregulatory loop. Cancer cell, 12: 342-354, 2007. doi: 10.1016/j.ccr.2007.08.033. Cited on p. 120.
• [11] K. Puszynski, B. Hat, and T. Lipniacki. Oscillations and bistability In the stochastic model of p53 regulation. J Theor Biol, 254: 452-465, 2008. doi: 10.1016/j.jtbi.2008.05.039. Cited on pp. 118 and 120.
• [12] L. V. Sharova , A. A. Sharov, T. Nedorezov, Y. Piao, N. Shaik, and M. S. Ko. Database for mRNA Half-Life of 19 977 Genes Obtained by DNA Microarray Analysis of Pluripotent and Differentiating Mouse Embryonic Stem Cells. DNA Res, 16: 45-58, 2009. doi: 10.1093/dnares/dsn030. Cited on p. 120.
• [13] S.-Y. Shieh, J. Ahn, K. Tamai, Y. Taya, and C. Prives. The human homologs of checkpoint kinases Chk1 and Cds1 (Chk2) phosphorylate p53 at multiple DNA damage-inducible sites. Genes and Development, 14: 289-300, 2000. doi: 10.1101/gad.14.3.289. Cited on p. 118.
• [14] Y. Tashima, Y. Kisaka, T. Hanai, H. Hamada, Y. Eguchi, and M. Okamoto. Mathematical modeling of G2/M phase in the cell cycle with involving the p53/Mdm2 oscillation system. In World Congress on Medical Physics and Biomedical Engineering 2006, volume 14, pages 197-200. Springer Berlin, Heidelberg, 2007. doi: 10.1007/978-3-540-36841-0_58. Cited on p. 118.
• [15] H. Yajima, K.-J. Lee, S. Zhang, J. Kobayashi, and B. P. Chen. Dna double-strand break formation upon uv-induced replication stress activates atm and dna-pkcs kinases. Journal of molecular biology, 385 (3): 800-810, 2009. doi: 10.1016/j.jmb.2008.11.036. Cited on p. 120.
• [16] L. W. Zhang, Y. M. Cheng, and K. M. Liew. A mathematical analysis of DNA damage induced G2 phase transition. Appl Math Comput, 225: 765-774, 2013. doi: 10.1016/j.amc.2013.10.025. Cited on p. 118.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).