La inducción de E2F1 y E2F2 en respuesta al daño al ADN preserva la estabilidad genómica en células neuronales

Abstract

Agentes genotóxicos endógenos y exógenos amenazan continuamente la integridad de la estructura molecular del ADN. Dentro del sistema nervioso, respuestas apropiadas al daño al ADN son requeridas para mantener la homeostasis celular y prevenir enfermedades. Dado que las neuronas maduras son células post-mitóticas altamente diferenciadas que no pueden ser reemplazadas -en su gran mayoría- en caso de trauma o enfermedad, las mismas han seleccionado mecanismos para defender la integridad de su genoma, por ende asegurando su longevidad y funcionalidad de cara a dichas amenazas. Defectos en la respuesta al daño al ADN en células neuronales están comúnmente asociados a neurodegeneración. La identificación de factores neuroprotectores y de supervivencia neuronal es clave para la comprensión de la progresión de desórdenes neurodegenerativos y para el establecimiento de terapias para menguar las consecuencias neurológicas de tales enfermedades. La familia de factores de transcripción E2F fue originalmente involucrada en el desempeño de un rol crítico en el control del ciclo celular. Evidencias han dejado en claro que -dado a su plasticidad funcional- estos factores participan en la regulación de una plétora de procesos biológicos, que incluyen la respuesta celular al daño al ADN. El principal objetivo de este trabajo consistió en estudiar la participación de los miembros de la familia de factores de transcripción E2F en el mantenimiento de la integridad genómica en células neuronales, y evaluar su potencial papel como factores neuroprotectores.En esta tesis se demostró que E2F1 y E2F2, el último específicamente en células neuronales, son inducidos transcripcionalmente en respuesta al daño al ADN. Este mecanismo novedoso, el cual es común a la respuesta a diversos agentes genotóxicos y el cual se encuentra conservado en distintas especies, contribuye al incremento de los niveles proteicos de E2F1 y E2F2 como consecuencia de síntesis proteica de novo. Asimismo, se observó que E2F2 es estabilizado tempranamente por un mecanismo post-traduccional luego de injuria genotóxica al igual que fue reportado previamente para E2F1. Por lo tanto, existen dos mecanismos consecutivos en el tiempo que conducen al aumento de E2F1 y E2F2 luego de daño al ADN: la estabilización proteica por modificaciones post-traduccionales de la proteína E2F ya sintetizada, seguida de la inducción transcripcional del gen E2F y la consecuente síntesis proteica de novo. De esta manera, los factores E2F1 y E2F2 inducidos por daño al ADN contribuyen al mantenimiento de la integridad genómica y a la resistencia a la injuria genotóxica al promover la reparación del ADN, conllevando a una reducida respuesta apoptótica y a una incrementada supervivencia celular. Dichas respuestas las llevan a cabo al ejercer dos papeles diferentes. Primero, mediante un rol transcripcional que implica la expresión de genes que favorecen la supervivencia en respuesta al daño al ADN. Segundo, a través de un rol no-transcripcional, localizándose en sitios de lesión al ADN y promoviendo el reclutamiento de factores de reparación y proteínas remodeladoras de la cromatina.En resumen, las evidencias presentadas en este trabajo establecen a E2F1 y E2F2 como factores neuroprotectores implicados en el mantenimiento de la estabilidad genómica en células neuronales en respuesta a injuria genotóxica. Es importante enfatizar que se demostró por primera vez que E2F2 es inducido por estrés genotóxico y que cumple un rol crítico en la respuesta al daño al ADN.

Endogenous and exogenous genotoxic agents continuously threat the integrity of the molecular structure of DNA. Within the nervous system, appropriate responses to DNA damage are required to maintain cellular homeostasis and prevent disease. Since mature neurons are highly differentiated post-mitotic cells that cannot entirely be replaced after disease or trauma, they have evolved mechanisms to defend their genome integrity, hence ensuring their longevity and functionality in the face of these threats. Defects in the DNA damage response in neurons are commonly associated to neurodegeneration. The identification of neuroprotective and prosurvival factors is key to the understanding of neurodegenerative disorders progression and the establishment of therapies to ameliorate the neurological consequences of these diseases. The E2F family of transcription factors was originally described to play a pivotal role in cell cycle control. It has become clear that –due to their functional plasticity– they participate in the regulation of a plethora of biological processes, including the cellular response to DNA damage. The main aim of the present study consisted in studying the participation of the members of the E2F family of transcripction factors in the maintenance of genomic integrity in neuronal cells, and to evaluate their potential role as neuroprotective factors. In this thesis it was shown that E2F1 and E2F2, the latter specifically in neuronal cells, are transcriptionally induced in response to DNA damage. This novel mechanism, which is general to the response to different genotoxic agents and is conserved amongst diverse species, leads to increased E2F1 and E2F2 protein levels as a consequence of de novo protein synthesis. Besides, it was demonstrated that E2F2 is early stabilized by a posttranslational mechanism upon genotoxic injury as it was previously reported for E2F1. Therefore, there are two consecutive mechanisms that lead to the upregulation of E2F1 and E2F2 following DNA damage: the posttranslational modifications of the already synthesized E2F and consequent protein stabilization, followed by E2F transcriptional gene induction and de novo protein synthesis. The resulting E2F1 and E2F2 act to promote DNA repair, leading to a reduced apoptotic response and an increased cell survival capability, thereby conferring resistance to genotoxic insult and cooperating in the maintenance of the genome integrity. These responses are performed by E2F1 and E2F2 through two different roles. First, a transcriptional function involving the expression of prosurvival genes in response to DNA damage. Second, a nontranscriptional role in which these E2Fs localize to sites of DNA lesion upon genotoxic stress, and promote the recruitment of DNA repair factors and chromatin modifying enzymes. In summary, the evidence presented in this work establishes E2F1 and E2F2 as neuroprotective factors implicated in the maintenance of genomic stability in neuronal cells in response to genotoxic injury. It should be emphasized that it was shown for the first time that E2F2 is upregulated following genotoxic stress and plays a critical role in the DNA damage response.