The role of the putative PAR binding motif in RECQL4 during the DNA double-strand break response

Abstract

RECQL4 protein belongs to the RecQ helicase family and plays crucial roles in genome maintenance. RECQL4 is particularly important for ATM activation and HR repair at DNA double-strand break (DSB) sites. Previous research has shown that RECQL4 is recruited to DSB sites in a manner dependent on poly ADP-ribosylation (PARylation). Notably, the amino acid residues 360- 437 region of RECQL4 have been identified as responsible for recruiting RECQL4 to DSB sites in a PARylation-dependent manner, and this region directly interacts with PAR. This suggests the presence of a PAR binding motif (PBM) in the amino acid residues 360-437 region of RECQL4. However, the significance of the putative PBM region in RECQL4 for its recruitment to DSB sites and whether PARylation-dependent recruitment of RECQL4 plays critical roles in the DSB response remain unknown. In this study, I replaced the putative PBM of RECQL4 protein with a well-known PBM and its mutant variant. Using these modified RECQL4 proteins, I examined the recruitment of RECQL4 at DSB sites and its role in the cellular response to DSB. The results indicated that the putative PBM region of RECQL4 is crucial for its PARylation-dependent recruitment to DSB sites and for facilitating ATM activation, MRN stability, and HR repair. These findings suggest the importance of the interaction between RECQL4 and PAR through PBM in the DSB response.

RECQL4 단백질은 RecQ 헬리케이즈 계열에 속하며 유전체 안정성 유지에 중요한 역할을 한다. 특히, RECQL4 단백질은 DNA 이중 가닥 절단 발생 시 ATM을 활성화시켜 DNA 손상 반응이 일어나게 하고, MRN의 안정성 유지를 통해 상동 재조합 수선이 잘 일어나도록 한다. 이전 연구를 통해 RECQL4는 폴리 ADP 라이보실화 (PARylation) 의존적인 방식으로 DNA 이중 가닥 절단 부위에 모집된다고 알려졌다. 최근 연구는 RECQL4의 아미노산 360-437 영역만으로도 PARylation 의존적인 방식으로 DNA 이중 가닥 절단 부위에 모집될 수 있고, 이 영역이 in vitro에서 폴리 ADP 라이보스 (PAR)와 직접적으로 상호작용한다는 것을 보여 주었다. 이는 RECQL4의 아미노산 360-437 영역에 PAR 결합 모티프 (PBM)가 있을 가능성을 암시한다. 하지만 RECQL4의 PBM으로 추정되는 영역이 실제 DNA 이중 가닥 절단 부위로의 모집에 중요한지, 이러한 PARylation 의존적 모집이 DNA 이중 가닥 절단 반응에서 중요한 역할을 하는지는 여부는 아직 알려지지 않았다. 본 연구에서 RECQL4의 PBM으로 추정되는 아미노산 부위를 잘 알려진 hnRNP A2의 PBM과 그것의 돌연변이형으로 교체한 RECQL4 변이 단백질을 이용하여 DNA 이중 가닥 절단 부위로의 모집과 DNA 이중 가닥 절단이 대한 세포 반응에 PAR와의 상호작용이 중요한지 확인하는 실험을 진행하였다. 그 결과 RECQL4의 PBM으로 추정되는 영역이 PARylation 의존적으로 DNA 이중 가닥 절단 부위에 모집되는데 중요하고, ATM 활성화, MRN 안정성 유지, HR repair가 진행되도록 하는데 관여한다는 것을 확인하였다. 이는 PBM을 통한 RECQL4와 PAR와의 결합이 DNA 이중 가닥 절단 반응에 중요한 역할을 한다는 것을 밝혀냈다는 점에서 의의가 있다.