Genome instability in rad27 and sic1 mutants of Saccharomyces cerevisiae

Istnieją liczne przykłady zmienionych poprzez chromosomowe rearanżacje genomów umożliwiających adaptacje do nowych i ekstremalnych środowisk, takich jak instalacje przemysłowe, urządzenia laboratoryjne lub organizm gospodarza. Także w trudnych warunkach fizjologicznych guza nowotworowego, niestabilność genomowa może skutkować zwiększonymi zdolnościami do adaptacji, czyli zwiększoną ewoluowalnością komórek nowotworowych. Jedną z miar niestabilności genomowej jest utrata heterozygotyczności (ang. loss of heterozygosity – LOH), polegająca na utracie jednego z dwóch alleli znajdujących się na chromosomach homologicznych, w czasie podziałów mitotycznych. Drożdże Saccharomyces cerevisiae są dogodnym organizmem do badań podstawowych nad stabilnością genomu. Wcześniejsze publikacje dotyczyły przeważnie utraty heterozygotyczności w pojedynczym locus. W tej pracy utratę heterozygotyczności wykrywano w dwóch loci na dwóch chromosomach drożdży (I i V oraz IV i V), co umożliwiło identyfikację złożonych destabilizacji genomu. Użyto standardowych szczepów drożdży oraz szczepów z nieczynnymi allelami rad27 i sic1, które wykazują zwiększoną częstość rearanżacji i/lub utraty chromosomów. Produkt genu RAD27 odgrywa ważną rolę w replikacji i naprawie DNA, a gen SIC1 koduje kluczowy regulator cyklu komórkowego podczas przejścia z fazy G1 do fazy S. Jedynie u mutantów genu rad27 wykryto w tym badaniu podwójną utratę heterozygotyczności, co potwierdza szczególne znaczenie nukleazy Rad27 w utrzymaniu integralności genomu. Testowaną metodę będzie można zastosować do badania niestabilności genomowej w szczepach drożdży przemysłowych i chorobotwórczych. Tak uzyskana wiedza może też pomóc w zrozumieniu procesów niestabilności genomowej u innych eukariontów, także w komórkach nowotworowych człowieka.

Genome instability may allow adaptaing to the new and extreme environments, such as industrial installations, laboratory devices or complex host environment. Also, in the restrictive conditions of cancerous tumor, genome instability may result in enhanced adaptability or evolvability of cancer cells. One measure of genome instability is loss of heterozygosity (LOH), defined as loss of the one of two alleles located on the homologous chromosomes during mitotic division. The budding yeast, Saccharomyces cerevisiae makes a convenient model system for basic reasearch on genome stability. Previous studies concerned mostly a single-locus loss of heterozygosity. In this work/Here, loss of heterozygosity was detected in two loci on two chromosomes in two yeast strains (IV and V; I and V), which enabled identification of complex genome destabilizations. Standard yeast strains and strains with inactivated rad27 and sic1 gene characterized by elevated frequency of chromosome rearrangements and/or loss were used. The RAD27 gene product plays an important role in DNA replication and repair. SIC1 encodes a key cell-cycle regulator during G1/S phase transition. In this study, only in rad27 strains double LOH was observed, which confirms special Rad27 contribution to maintenance of genome stability. The described double-LOH method can be applied to genome instability research on industrial and pathogenic yeast strains. Insights gained by that means could help understanding genome instability processes in eukaryotic cells, including human cancer cells.