Specific Human ATR and ATM Inhibitors Modulate Single Strand DNA Formation in Leishmania major Exposed to Oxidative Agent

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Artigo de periódico

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Inibidores específicos de ATR e ATM humanos modulam a formação de DNA de fita simples em Leishmania major exposta a agentes oxidantes

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Resumo

Os parasitas do gênero Leishmania são os agentes causadores de um grupo de doenças tropicais negligenciadas conhecidas como leishmaniose. Os mecanismos moleculares empregados por esses parasitas para se adaptarem às condições adversas encontradas em seus hospedeiros ainda não são completamente compreendidos. As vias de reparo do DNA podem ser utilizadas pela Leishmania para permitir a sobrevivência no interior dos macrófagos, onde o parasita está constantemente exposto a espécies reativas de oxigênio. Em eucariotos superiores, as vias de reparo do DNA são coordenadas pelas proteínas quinases centrais ATM (ataxia telangiectasia mutada) e ATR (ataxia telangiectasia e Rad3 relacionada). A enzima exonuclease-1 (EXO1) desempenha papéis importantes na replicação, reparo e recombinação do DNA, e pode ser regulada por vias de sinalização mediadas por ATM e ATR. Neste estudo, as vias de resposta a danos no DNA em formas promastigotas de *L. major* foram investigadas utilizando ferramentas de bioinformática, exposição das linhagens a agentes oxidantes e danos por radiação, tratamento das células com inibidores de ATM e ATR e análise por citometria de fluxo. Demonstramos alta conservação estrutural e de resíduos importantes para a atividade catalítica da suposta EXO1 de *Lmj* . A superexpressão da suposta EXO1 de *Lmj* tornou as células de *L. major* mais suscetíveis a danos genotóxicos, provavelmente devido à atividade de nuclease dessa enzima e à ocorrência de hiper-ressecção das fitas de DNA. Essas células puderam ser resgatadas pela adição de cafeína ou de um inibidor seletivo de ATM. Em contraste, a inibição específica de ATR tornou as células controle mais suscetíveis a danos oxidativos de maneira semelhante à superexpressão de EXO1 de *Lmj* . Demonstramos que a inibição específica de ATR resulta na formação de DNA de fita simples estendido, provavelmente devido à atividade nucleásica da EXO1. De forma antagônica, a inibição da ATM impediu a formação de DNA de fita simples, o que poderia explicar o fenótipo de sobrevivência das linhagens que superexpressam Lmj EXO1. Esses resultados sugerem que um homólogo da ATM em Leishmania poderia atuar promovendo a ressecção das extremidades pela suposta Lmj EXO1, e um homólogo da ATR poderia prevenir a hiper-ressecção, garantindo o reparo adequado do DNA do parasita.

Abstract

Leishmania parasites are the causative agents of a group of neglected tropical diseases known as leishmaniasis. The molecular mechanisms employed by these parasites to adapt to the adverse conditions found in their hosts are not yet completely understood. DNA repair pathways can be used by Leishmania to enable survival in the interior of macrophages, where the parasite is constantly exposed to oxygen reactive species. In higher eukaryotes, DNA repair pathways are coordinated by the central protein kinases ataxia telangiectasia mutated (ATM) and ataxia telangiectasia and Rad3 related (ATR). The enzyme Exonuclease-1 (EXO1) plays important roles in DNA replication, repair, and recombination, and it can be regulated by ATM- and ATR-mediated signaling pathways. In this study, the DNA damage response pathways in promastigote forms of L. major were investigated using bioinformatics tools, exposure of lineages to oxidizing agents and radiation damage, treatment of cells with ATM and ATR inhibitors, and flow cytometry analysis. We demonstrated high structural and important residue conservation for the catalytic activity of the putative LmjEXO1. The overexpression of putative LmjEXO1 made L. major cells more susceptible to genotoxic damage, most likely due to the nuclease activity of this enzyme and the occurrence of hyper-resection of DNA strands. These cells could be rescued by the addition of caffeine or a selective ATM inhibitor. In contrast, ATR-specific inhibition made the control cells more susceptible to oxidative damage in an LmjEXO1 overexpression-like manner. We demonstrated that ATR-specific inhibition results in the formation of extended single-stranded DNA, most likely due to EXO1 nucleasic activity. Antagonistically, ATM inhibition prevented single-strand DNA formation, which could explain the survival phenotype of lineages overexpressing LmjEXO1. These results suggest that an ATM homolog in Leishmania could act to promote end resection by putative LmjEXO1, and an ATR homologue could prevent hyper-resection, ensuring adequate repair of the parasite DNA.

Assunto

Leishmania, Leishmaniose, Reparo do DNA, Proteínas Quinases

Palavras-chave

Leishmania major, DNA repair, Exonuclease 1, Ataxia telangiectasia mutated, Ataxia telangiectasia, Rad3 related kinase

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https://www.frontiersin.org/journals/cellular-and-infection-microbiology/articles/10.3389/fcimb.2021.802613/full

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