Alt-ej genera rearreglos cromosómicos en respuesta a etopósido en células humanas con los principales sistemas de reparación de rupturas de doble cadena comprometidos

Abstract

The antitumor drug Etoposide (ETO) induces DNA double-strand breaks (DSB) and is associated with the development of secondary neoplasms in treated patients. DSB are repaired by two main mechanisms, homologous recombination (HR) and classical non-homologous end joining (c-NHEJ). When HR and c-NHEJ are defective, DSB are repaired by the PARP-1-dependent alternative end-joining (alt-EJ) pathway. The involvement of alt-EJ in the progression of DSB induced by ETO in the G2 phase of human cells was analyzed. HeLa cells deficient in HR (cohesin RAD21 inhibition, HeLa RAD21kd) and their nonsilencing control (HeLa NS) were established. Cells were treated with ETO in the presence of a chemical inhibitor of DNA-PKcs (DNA-PKi, c-NHEJ). In both cell lines, ETO-induced DSB (γH2AX+) in G2 phase were increased compared to their controls. The incorrect repair of DSB in DNA-PKcs- and RAD21-deficient cells caused a synergistic augment in chromatid exchanges and dicentric chromosomes in the first and second metaphase, respectively. In contrast, the frequency of dicentric chromosomes was reduced in PARP-1-deficient cells (HeLa PARP-1kd) following ETO treatment. In HeLa RAD21kd binucleated cells, DNA-PKi/ETO increased the percentage of cells with ≥20 γH2AX foci in the G1-postmitotic phase and of micronuclei at 96 h. A greater accumulation in G2/M was observed in HeLa NS treated with DNA-PKi/ ETO compared with HeLa RAD21kd at 8 h. The cell cycle restarted in HeLa NS at 16 h; however, the G2/M accumulation was maintained in HeLa RAD21kd. Chromosomal rearrangements obtained when DNAPKcs and RAD21 were absent and their decrease in HeLa PARP-1kd cells suggest that alt-EJ contributes to their formation.

La droga antitumoral Etopósido (ETO) induce rupturas de doble cadena en el ADN (RDC) y promueve el desarrollo de neoplasias secundarias en los pacientes tratados. Dos mecanismos principales, recombinación homóloga (HR) y reunión de extremos no-homólogos clásica (c-NHEJ) reparan las RDC. Cuando HR y c-NHEJ son defectuosas, la vía alternativa de reunión de extremos (alt-EJ) dependiente de PARP-1 está implicada. Se examinó la participación de alt-EJ en la progresión de las RDC inducidas por ETO en la fase G2 de células humanas. Se establecieron células HeLa deficientes en HR (inhibición de cohesina RAD21, HeLa RAD21kd) y su control no-silenciada (HeLa NS). Las células se trataron con ETO en presencia del inhibidor químico de DNA-PKcs (DNA-PKi, c-NHEJ). En ambas líneas celulares, la inducción de RDC (γH2AX+) por ETO en la fase G2 aumentó respecto a sus controles. La reparación incorrecta en células deficientes en DNA-PKcs y RAD21 originó un incremento sinérgico de intercambio de cromátidas y de cromosomas dicéntricos en la primera y segunda metafase, respectivamente. En cambio, la frecuencia de cromosomas dicéntricos se redujo en células deficientes en PARP-1 (HeLa PARP1kd) luego del tratamiento con ETO. En células binucleadas HeLa RAD21kd, DNA-PKi/ETO acrecentó el porcentaje de células con ≥20 focos γH2AX en la fase G1-posmitótica y de micronúcleos a las 96 h. Una mayor acumulación en G2/M se observó en HeLa NS tratadas con DNA-PKi/ETO en relación a HeLa RAD21kd a las 8 h. El ciclo celular se reanudó en HeLa NS a las 16 h, sin embargo, la acumulación se mantuvo en HeLa RAD21kd. Los rearreglos cromosómicos obtenidos con DNA-PKcs y RAD21 disfuncionales y su disminución en células HeLa PARP-1kd, sugieren que alt-EJ contribuye a su formación.