Role of Condensin II complex in response to DNA damage

Abstract

Two types of condensin complexes exist in vertebrates; condensin I and II. These complexes share two SMC subunits, and each complex consists of a different set of three non-SMC subunits. Condensin complex subunits not only regulate chromosome condensation and segregation in mitosis but also play a role in DNA damage repair response. It is also identified that condensin II complex participates in homologous recombination repair through interaction with MCPH1. Condensin II complex is localized in the nucleus in interphase and also recruited to the acetylated histones by Brd4 in response to ionizing radiation (IR). Hence, we speculate that condensin II complex may be involved in early repair signaling occurrs in the vicinity of chromatin after exposing to IR. Among the five subunits of condensin II complex, we investigate NCAPG2 since this protein function is not discovered well for DNA damage. We examined potential contribution of NCAPG2 in DNA damage repair after exposure to IR. Western blot analysis demonstrated that IR did not induce any changes in protein level. However, NCAPG2 was phosphorylated within a half hour after IR. This post-translational modification was inhibited by Ataxia telangiectasia mutated (ATM) inhibitor treatment. Immunofluorescence data showed that NCAPG2 immediately formed foci and these foci are partially co-localized with γH2AX foci in response to IR. When mRNA of NCAPG2 was diminished by small interference RNA (siRNA), generating H2AX and provoking G2 arrest was compromised in response to IR. In conclusion, IR induced-DNA damage altered status of NCAPG2 phosphorylation through ATM - dependent manner and this modification played a role in H2AX phosphorylation and cell cycle arrest. These results suggest that NCAPG2 which is one of the non-SMC subunit of condensin II complex contributes to DNA damage repair pathway through not only homologous recombination repair but also early damage response and repair signal propagation.;Condensin은 감수분열에서 염색체의 응축 및 분리에 관여하는 것으로 알려져 있다. 척추동물에는 condensin I, condensin II 이렇게 두 가지의 condensin 단백질이 있다. 이 단백질은 다섯 개의 단위로 구성되어 있는데, 두 개의 SMC 단위를 공통적으로 가지고 있고, 나머지 세 개는 각자 다른 단위로 구성되어 있다. 요즘에는 체세포 분열 기뿐만 아니라 DNA가 외부 자극이나 내부자극에 의해서 손상을 입었을 때 회복 과정에도 관여한다고 보고 되고 있다. 그 중에서도 condensin II 는 MCPH1 단백질과 함께 DNA 회복 과정 중의 하나인 상동 재조합을 통한 복구 경로에 관여하는 것이 이미 보고 되었다. 또한, 염색체에 손상을 일으키는 자극에 노출 되었을 때, condensin II 가 Brd4 를 통해서 modified histone에 결합하는 것도 알려져 있다. 우리는 이미 condensin II 는 I과 다르게 이미 간기에서 핵 안 위치하는 것을 알고 있었고, 그 중에서 DNA 손상을 복구과정에 관여하는 기능을 연구 하였다. 이미 보고된 결과를 참조하여, condensin II complex가 특정 회복 과정이 아니라 전반적인 과정에서 관여할 것이라는 예상을 가지고 실험을 하였다. 세포를 전리 방사선에 노출시켜 DNA를 손상시켰을 때, 단백질 자체의 양 변화는 없는 것을 확인하였지만, 단백질 변형 종류중의 하나인 인산화 반응이 일어나는 것을 밝혀냈다. ATM 억제제를 처리한 실험에서 NCAPG2의 인산화 반응 중 일부는 DNA 복구 과정에서 중요한 과정을 담당하는 ATM –dependent pathway을 통해 발생한 다는 것을 밝혀냈다. 또한, 면역 형광 법을 통해 DNA가 손상되었을 때 NCAPG2가 핵 안의 특정 부분에서 뭉치는 것을 보았고, 일부가 H2AX와 같은 곳에 위치하는 것을 밝혀내었다. 뿐만 아니라, 간섭RNA를 외부에서 주입시켜서 세포 안에 NCAPG2의 protein의 생성을 방해했을 때, H2AX의 인산화가 제대로 생기지 않는 것을 확인하였다. 또한, DNA 가 손상되었을 때 손상을 고치기 위한 시간을 제공하기 위해서 세포 주기가 멈추는데, 대조군과 비교했을 때 NCAPG2가 없으면 세포주기가 멈추지 않고 진행되는 것을 보았다. 이 연구를 통해 전리 방사선을 통해 DNA를 손상시켰을 때 ATM에 의해 NCAPG2가 인산화 되고, 그 과정을 통해 NCAPG2가 H2AX의 인산화 및 세포 주기 억제에 관여한 다는 것을 알아내었다. 이 결과들을 통해, condensin II가 상동 재조합 과정을 통한 복구 과정뿐만 아니라 DNA 복구 과정의 초기에 관여하는 것을 밝혀내었다.