Unveiling yeast N-terminal acetyltransferase Nat4 as a novel player in the DNA damage response

Abstract

Η απόκριση βλάβης του DNA αποτελεί μια ζωτικής σημασίας κυτταρική διαδικασία που προστατεύει την ακεραιότητα του γονιδιώματος, ανιχνεύοντας και διορθώνοντας τις αλλοιώσεις του DNA. Αυτή η περίπλοκη βιολογική διαδικασία περιλαμβάνει σημαντικές μεταβολές στη δομή της χρωματίνης, οι οποίες συνήθως ενορχηστρώνονται από επιγενετικά ένζυμα. Σε αυτή την μελέτη, δείχνουμε ότι ο επιγενετικός τροποποιητής Ν-τερματική ακετυλοτρανσφεράση 4 (Nat4), γνωστός για την ακετυλίωση την άλφα-αμινο ομάδας της σερίνης 1 στις ιστόνες Η4 και Η2Α, εμπλέκεται στην αντίδραση κατά της βλάβης του DNA στο ζυμομύκητα. Είναι ξιοσημείωτο ότι η Nat4 έχει προηγουμένως αποδειχθεί ότι επηρεάζει διάφορες βιολογικές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένης της κυτταρικής γήρανσης, του μεταβολισμού και της καρκινογένεσης. Ωστόσο, εάν παίζει ρόλο στα μονοπάτια απόκρισης βλάβης του DNA παρέμενε ασαφές μέχρι τώρα. Αρχικά, αποδεικνύουμε ότι τα κύτταρα ζύμης που έχουν την Nat4 διαγραμμένη έχουν αυξημένη ευαισθησία όταν εκτίθενται σε βλάβη του DNA και συσσωρεύουν περισσότερα θραύσματα DNA σε σύγκριση με τα κύτταρα άγριου τύπου. Έτσι, κατά την ύπαρξη βλάβης του DNA, η έκφραση του γονιδίου ΝΑΤ4 είναι σημαντικά αυξημένη και το ένζυμο στρατολογείται συγκεκριμένα σε θραύσματα διπλού κλώνου. Ερευνώντας βαθύτερα τις μοριακές επιδράσεις του στο μονοπάτι σηματοδότησης βλάβης του DNA, τα κύτταρα που έχουν διαγραφεί από το nat4 εμφανίζουν χαμηλότερα επίπεδα της τροποποίησης H2AS129ph (γH2A) που τοποθετείται ως αποτέλεσμα της βλάβης του DNA. Αυτή η μείωση συνοδεύεται από ελαττωμένη δέσμευση της πρωτεΐνης σημείου ελέγχου Rad9 γύρω από τα σημεία βλάβης του διπλού κλώνου, υποδεικνύοντας δυσλειτουργία στη σήμανση ελέγχου. Ως εκ τούτου, η στρατολόγηση της κινάσης Mec1 σε θραύσματα διπλού κλώνου, κρίσιμη για την εναπόθεση H2AS129ph και την κατακράτηση Rad9 στην χρωματίνη, είναι σημαντικά μειωμένη στα κύτταρα nat4Δ. Συνεπώς, η εξαρτώμενη από το Mec1 φωσφορυλίωση της κατάντη κινάσης Rad53, ενδεικτική της ενεργοποίησης του σημείου ελέγχου βλάβης του DNA, μειώνεται. Είναι σημαντικό ότι τα αποτελέσματα μας αποκαλύπτουν ότι οι ρυθμιστικές επιδράσεις της Nat4 στο μονοπάτι σηματοδότησης του σημείου ελέγχου μεσολαβούνται μέσω της καταλυτικής δραστηριότητας της Ν-τερματικής ακετυλοτρανσφεράσης, η οποία στοχεύει συγκερκιμένα την ιστόνη Η4. Συνολικά, αυτή η μελέτη υποδεικνύει μια νέα λειτουργική σύνδεση μεταξύ της Ν-τερματικής ακετυλοτρανσφεράσης ιστονών Nat4 και την απόκριση βλάβης του DNA, συσχετίζοντας μια νέα δραστηριότητα τροποποίησης ιστονών στη διατήρηση της ακεραιότητας του γονιδιώματος.

The DNA damage response constitutes a vital cellular process that safeguards genome integrity by detecting and repairing DNA lesions. This intricate biological process involves substantial alterations in chromatin structure, commonly orchestrated by epigenetic enzymes. In this study, we show that the epigenetic modifier N-terminal acetyltransferase 4 (Nat4), known to acetylate the alpha-amino group of serine 1 on histones H4 and H2A, is implicated in the response to DNA damage in S. cerevisiae. Notably, Nat4 has been previously shown to impact various biological processes, including cellular aging, metabolism and carcinogenesis. However, whether it plays a role in DNA damage response pathways remained elusive until now. Initially, we demonstrate that yeast cells lacking Nat4 exhibit increased sensitivity when exposed to DNA damage and accumulate more DNA breaks than wild-type cells. Accordingly, upon DNA damage, NAT4 gene expression is significantly elevated, and the enzyme is specifically recruited to sites of double-strand breaks. Delving deeper into its molecular effects on the DNA damage signaling cascade, nat4-deleted cells exhibit lower levels of the damage-induced modification H2AS129ph (γH2A). This reduction is accompanied by diminished binding of the checkpoint control protein Rad9 surrounding the double-strand break, indicating impaired checkpoint signaling. Consistently, Mec1 kinase recruitment at double-strand breaks, critical for H2AS129ph deposition and Rad9 retention, is significantly impaired in nat4Δ cells. Consequently, Mec1-dependent phosphorylation of downstream effector kinase Rad53, indicative of DNA damage checkpoint activation, is reduced. Importantly, our findings reveal that the regulatory effects of Nat4 on the checkpoint signaling cascade are mediated through its N-terminal acetyltransferase activity targeted specifically towards histone H4. Overall, this study points towards a novel functional link between histone N-terminal acetyltransferase Nat4 and the DNA damage response, associating a new histone-modifying activity in the maintenance of genome integrity.