! ! !!!!!!!!!!! !!!!!!PRISCILA FERREIRA PAPA! ! CARACTERIZAÇÃO DAS PROTEÍNAS hNEK5 E hNEK10 NO CONTEXTO DA RESPOSTA DO DANO NO DNA: UMA ABORDAGEM FUNCIONAL E INTERACTÔMICA Characterization of the hNEK5 and hNEK10 proteins in the DNA damage response context: a functional and interactomic approach CAMPINAS 2015 ! ! ! ii! ! UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS INSTITUTO DE BIOLOGIA PRISCILA FERREIRA PAPA CARACTERIZAÇÃO DAS PROTEÍNAS hNEK5 E hNEK10 NO CONTEXTO DA RESPOSTA DO DANO NO DNA: UMA ABORDAGEM FUNCIONAL E INTERACTÔMICA Characterization of the hNEK5 and hNEK10 proteins in the DNA damage response context: a functional and interactomic approach Tese apresentada ao Instituto de Biologia da Universidade Estadual de Campinas como parte dos requisitos exigidos para a obtenção do título de Doutora em Genética e Biologia Molecular, na área de Genética Animal e Evolução. Thesis presented to the Institute of Biology of University of Campinas in partial fulfillment of the requirements for the degree of Doctor in Genetics and Molecular Biology, in the Animal Genetics and Evolution area. ORIENTADOR/SUPERVISOR: Prof. Dr. Jörg Kobarg ! iii! ! Ficha catalográfica Universidade Estadual de Campinas Biblioteca do Instituto de Biologia Mara Janaina de Oliveira - CRB 8/6972 Papa, Priscila Ferreira, 1987- P197c PapCaracterização das proteínas hNek5 e hNek10 no contexto da resposta do dano no DNA : uma abordagem funcional e interactômica / Priscila Ferreira Papa. – Campinas, SP : [s.n.], 2015. PapOrientador: Jörg Kobarg. PapTese (doutorado) – Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia. Pap1. Proteina Nek5 humana. 2. Proteina Nek10 humana. 3. Interatoma. 4. Dano ao DNA. I. Kobarg, Jörg,1965-. II. Universidade Estadual de Campinas. Instituto de Biologia. III. Título. Informações para Biblioteca Digital Título em outro idioma: Characterization of the hNek5 and hNek10 proteins in the DNA damage response context : a functional and interatomic approach Palavras-chave em inglês: Nek5 protein, human Nek10 protein, human Interactome DNA damage Área de concentração: Genética Animal e Evolução Titulação: Doutora em Genética e Biologia Molecular Banca examinadora: Jörg Kobarg [Orientador] Jenifer Saffi Guido Lenz Adriana Franco Paes Leme Aline Mara dos Santos Data de defesa: 07-08-2015 Programa de Pós-Graduação: Genética e Biologia Molecular iv Powered by TCPDF (www.tcpdf.org) ! iv! ! ! v! ! ! vi! ! Resumo A família de proteínas serina/treonina cinases Nek (NIMA related kinases) são similares ao seu homólogo NIMA (never in mitosis, gene A), uma proteína altamente conservada e crítica para a progressão do ciclo celular em Aspergillus nidulans. O interactoma e as funções dos 11 membros das Neks (1-11) em mamíferos permitiu associá-los à tríade funcional (1) mitose/centrossomo, (2) cílio primário/ciliopatias e (3) resposta ao dano no DNA, em revisão publicada por nosso grupo (Artigo I). Dentre eles, hNek5 e hNek10 são as menos caracterizadas quanto ao seu papel biológico. Assim, ensaios de duplo híbrido para Nek5 identificaram proteínas relacionadas à processos mitocondriais, dentre elas BCLAF1, Cox11 e MTX2, e ao dano no DNA, como BCLAF1 e TOPIIβ. Ensaios de colocalização e fracionamento subcelular indicaram a localização mitocondrial de hNek5 e seus efeitos na resistência à morte celular através de ensaios de apoptose e viabilidade celular (Artigo II). hNek5 pode ainda estar envolvida na resposta ao dano ao DNA à diversas drogas genotóxicas causando efeitos na parada do ciclo celular, estresse replicativo e desregulação na ativação de proteínas importantes para as respostas do dano no DNA (Artigo III). O interactoma de hNek10 foi analisado através de duas abordagens: (1) Screening de duplo híbrido indicando 12 interactores e (2) Espectrometria de massas identificando 58 e 117 proteínas interactoras sem e com indução de dano no DNA, respectivamente, associadas à processos biológicos como ciclo celular mitótico, proliferação celular, expressão gênica, processamento de RNA. Dentre as proteínas, confirmamos a interação com dois membros do complexo de coesinas, SMC1 e SMC3 e a depleção de hNek10 causou multinucleação, multilobulação nuclear, acúmulo na fase G1/S do ciclo celular, foci de γ-H2AX e aumento da morte celular; sugerindo que o silenciamento de hNek10 pode sensibilizar a célula à danos endógenos de DNA (Artigo IV). Isto posto, os estudos funcionais e interactômicos de hNek5 e hNek10 presentes neste trabalho permitiram caracterizá-las em novos processos biológicos, em especial, na resposta do dano no DNA. ! vii! ! !viii! ! Abstract The Nek (NIMA related kinases) family of serine/threonine protein kinases is similar to its homolog NIMA (never in mitosis, gene A), a highly conserved and critical protein for the cell cycle progression in Aspergillus nidulans. The eleven members of the Neks (1-11) in mammals share biological functions grouped by the analysis of their interactomes in a functional triad, (1) mitosis/centrossome (2) primary cilia/ciliopathies (3) DNA damage response, in a review published by our group (Article I). Among them, hNek5 and hNek10 are least characterized as their biological roles. Therefore, a yeast-two hybrid screening identified Nek5 interactors related to mitochondria processes, such as BCLAF1, Cox11 and MTX2, and to DNA damage, BCLAF1 and TOPIIβ. Confocal microscopy images and subcellular fractionation indicated hNek5 mitochondrial localization and, by apoptosis assay and cell viability, its effects in cellular death resistance (Article II). Also, in response to genotoxic agents, hNek5 may cause effects in cell cycle arrest, replicative stress and deregulation in the activation of crucial proteins for the correct DNA damage response (Article III). hNek10 interactome was accessed by two approaches: (1) yeast-two hybrid screening indicating 12 interactors and (2) Mass Spectrometry identifying 117 and 58 interacting partners with or without DNA damage induction, respectively, associated to several biological processes, such as mitotic cell cycle, cell proliferation, genic expression, RNA processing. Among the interacting proteins, hNek10 interacted with SMC1 and SMC3, members of the cohesin complex, by immunoprecipitation assay and hNek10 depletion caused multinucleation, nuclear multilobulation, cell accumulation in G1/S, γ-H2AX foci and cell death increased levels, suggesting that hNek10 depletion may sensitize cells to internal genotoxic effects (Article IV). Taken together, the functional and interactomic results presented here for hNek5 and hNek10 characterized or corroborated their role in biological processes already related to other hNeks, especially in DNA damage response. ! ix! ! ! x! ! Sumário Resumo………………………………………………………………………………….vii Abstract…………………………………………………………………………………..ix Lista de Figuras……………………………………………………...………...….......xix Lista de Tabelas………………………………………………………………...……..xxi Lista de Abreviações………………………………………………………..............xxiii Introdução……………………………………………………………………………....01 Proteínas Cinases……………………………………………………………….03 Proteína cinase NIMA ...……………………………………………………......04 Família de proteínas cinases Nek humanas………………………………….05 Organização estrutural ...……………………………………………………….05 Biologia funcional das hNeks ……………………………………………...…..07 O Dano no DNA ………………………………………………………...……....07 Respostas ao Dano no DNA…………………………………………………...08 As vias de reparo do dano no DNA……………………………………………08 Ativação dos checkpoints do ciclo celular…………………………………….11 Relação funcional das hNeks no ciclo celular e na resposta do dano no DNA…………………………………………………………………………………......13 Relação funcional das Neks no cílio primário e na resposta do dano no DNA………………………………………………………...………...……….......…....17 A função das Neks nos processos apoptóticos mitocondriais………..........24 A função das Neks no processamento de RNA……………………………...26 Nek5 ……………………………………………………...………………...........27 Nek10.…...………………………………………………………………….........29 Objetivos………………………………………………………………………………..33 Objetivo geral…………………………………………………………………….35 Objetivo específico………………………………………………………………35 Resultados……………………………………………………………………………...37 Artigo I………………………………………………………………………......41 "Stop Ne(c)king around": How interactomics contributes to functionally characterize Nek family kinases…………………………………………………......43 ! xi! ! Artigo II………………………………………………………………………….63 Nek5 interacts with mitochondrial proteins and interferes negatively in mitochondrial mediated cell death and respiration…………………………………65 Artigo III…………………………………………………………………………75 hNek5 interacts with an anticancer target, Topoisomerase IIβ, and is involved in the DNA Damage Response …………………………………………...77 Artigo IV……………………………………………………………………….113 hNek10 depletion and interactome suggest its role in DNA Damage Response, apoptosis and nuclear integrity………………………………………..115 Discussão……………………………………………………………………………..157 Conclusões……………………………………………………………………………167 Referências Bibliográficas………………………………………………………......171 Anexos………………………………………………………………………………...183 Tabela 03……………………………………………………………………...185 Ensaios estruturais do domínio cinase da família das Neks...................189 Declarações………………………………………………………………………......197 ! xii! ! “Os gregos usavam uma palavra evocativa para descrever tumores, onkos, que significa “massa” ou “fardo”. (...) O câncer é, de fato, um fardo construído em nosso genoma, o contrapeso de chumbo das nossas aspirações de imortalidade. Mas se olharmos para além dos gregos, para a ancestral da língua indo-europeia, a etimologia da palavra onkos se altera. Onkos vem de nek. E nek, diferentemente da