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Title: Structural and Biochemical study of human RECQ4
Authors: Mojumdar, Aditya
Keywords: RecQ4 helicasesElicasi RecQ4NMRSAXSBiochemistrybiochimicacaratterizzazione strutturale e biochimica
Issue Date: 28-Apr-2015
Publisher: Università degli studi di Trieste
Abstract: RecQ helicases belong to a ubiquitous family of DNA unwinding enzymes that are essential to maintain genome stability by acting at the interface between DNA replication, recombination and repair. Humans have five different paralogues of RecQ helicases namely RecQ1, BLM, WRN, RecQ4 and RecQ5. This work focuses on the structural and biochemical study of human RecQ4. Germ-line mutations in the RECQ4 gene give rise to three distinct human genetic disorders (Rothmund-Thomson, RAPADILINO and Baller-Gerold syndromes). Despite the important roles of RecQ4 in various cellular processes, RecQ4 have never been fully characterized. In addition to the helicase domain, RecQ4 has a unique N-terminal part that is essential for viability and is constituted by a region homologous to the yeast Sld2 replication initiation factor, followed by a cysteine-rich region, predicted to fold as a Zn knuckle. A part of this work focuses on the structural and biochemical analysis of both the human and Xenopus RecQ4 cysteine-rich regions, and shows by NMR spectroscopy that the Xenopus fragment does indeed assumes the canonical Zn knuckle fold, whereas the human sequence remains unstructured, consistent with the mutation of one of the Zn ligands. Both the human and Xenopus Zn knuckles bind to a variety of nucleic acid substrates, with a preference for RNA. We also investigated the effect of an additional Sld2 homologous region upstream the Zn knuckle. In both the human and Xenopus system, the presence of this region strongly enhances binding to nucleic acids. These results reveal novel possible roles of RecQ4 in DNA replication and genome stability. Recently the catalytic core of RecQ4 has been predicted to include RecQ-like-C-terminal (RQC) domain at the C-terminus of the helicase domain, similar to other RecQ helicases. This domain is composed of a Zn-binding region and a winged helix (WH) domain. Another part of this thesis centers on the structural and biochemical characterization of the catalytic core of RecQ4 including the helicase and RQC domain. The results provide an insight in the Zn binding ligands present in the RQC domain that plays a role in DNA binding and unwinding activity of the protein. Also the presence of the characteristic aromatic residue at the tip of the WH β hairpin and its role in DNA binding and unwinding has been established. Finally, it provides a low resolution SAXS model of the catalytic core of RecQ4.
Elicasi RecQ appartengono a una famiglia ubiquitaria di DNA svolgimento enzimi che sono essenziali per mantenere la stabilità del genoma agendo all'interfaccia tra replicazione del DNA, ricombinazione e riparazione. Gli esseri umani hanno cinque diversi paralogues di RecQ elicasi cioè RecQ1, BLM, WRN, RecQ4 e RecQ5. Questo lavoro si concentra sullo studio strutturale e biochimica di RecQ4 umana. Mutazioni germinali nel gene RECQ4 danno luogo a tre malattie genetiche umane distinte (Rothmund-Thomson, RAPADILINO e sindromi Baller-Gerold). Nonostante i ruoli importanti di RecQ4 in diversi processi cellulari, RecQ4 non sono mai stati pienamente caratterizzato. In aggiunta al dominio elicasi, RecQ4 ha una parte unica N-terminale che è essenziale per la vitalità ed è costituito da una regione omologa al lievito Sld2 fattore di iniziazione replica, seguita da una regione ricca di cisteina, previsto per piegare come stinco Zn . Una parte di questo lavoro si concentra sull'analisi strutturale e biochimica sia della regioni ricche di cisteina Xenopus RecQ4 umana e, e spettacoli di spettroscopia NMR che il frammento Xenopus effettivamente assume la canonica Zn nocca volte, mentre la sequenza di resti umani non strutturato, coerente con la mutazione di uno dei ligandi Zn. Sia il nocche Xenopus Zn umana e si legano ad una varietà di substrati di acido nucleico, con una preferenza per l'RNA. Abbiamo anche studiato l'effetto di un ulteriore regione omologa Sld2 monte la nocca Zn. Sia il sistema Xenopus umano e, la presenza di questa regione migliora fortemente legame ad acidi nucleici. Questi risultati rivelano possibili ruoli nuovi di RecQ4 nella replicazione del DNA e la stabilità del genoma. Recentemente il nucleo catalitico di RecQ4 stato previsto per includere RecQ-like-C-terminale (RQC) dominio al C-terminale del dominio elicasi, simile ad altri elicasi RecQ. Questo dominio è costituito da una regione-Zn vincolanti e un'elica alato (WH) dominio. Un'altra parte di questa tesi incentrata sulla caratterizzazione strutturale e biochimica del nucleo catalitico della RecQ4 compreso il elicasi e il dominio RQC. I risultati forniscono una descrizione nel Zn ligandi presenti nel dominio RQC che svolge un ruolo nel legame al DNA e l'attività svolgimento della proteina legante. Inoltre è stata stabilita la presenza della caratteristica residuo aromatico sulla punta della forcella WH β e il suo ruolo nel legame al DNA e di svolgimento. Infine, esso fornisce una bassa risoluzione SAXS modello del nucleo catalitico di RecQ4.
Description: 2013/2014
NBN: urn:nbn:it:units-14068
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