DNA damage-induced translocation of S100A11 into the nucleus regulates cell proliferation

<p>Abstract</p> <p>Background</p> <p>Proteins are able to react in response to distinct stress stimuli by alteration of their subcellular distribution. The stress-responsive protein S100A11 belongs to the family of multifunctional S100 proteins which have been implicated in several key biological processes. Previously, we have shown that S100A11 is directly involved in DNA repair processes at damaged chromatin in the nucleus. To gain further insight into the underlying mechanism subcellular trafficking of S100A11 in response to DNA damage was analyzed.</p> <p>Results</p> <p>We show that DNA damage induces a nucleolin-mediated translocation of S100A11 from the cytoplasm into the nucleus. This translocation is impeded by inhibition of the phosphorylation activity of PKCα. Translocation of S100A11 into the nucleus correlates with an increased cellular p21 protein level. Depletion of nucleolin by siRNA severely impairs translocation of S100A11 into the nucleus resulting in a decreased p21 protein level. Additionally, cells lacking nucleolin showed a reduced colony forming capacity.</p> <p>Conclusions</p> <p>These observations suggest that regulation of the subcellular distribution of S100A11 plays an important role in the DNA damage response and p21-mediated cell cycle control.</p

Funktionelle Untersuchungen zur Beteiligung von S100A11 an der DNA-Schadensreparatur und Zellzyklusregulation

S100A11, ein Mitglied der S100-Proteinfamilie, ist an der räumlichen und zeitlichen Verteilung von Ca2+ sowie an der Weiterleitung des intrazellulären Ca2+-Signals beteiligt. Zahlreiche Studien weisen auf eine wichtige Rolle im Prozess des Zellwachstums, der Differenzierung und Zellbeweglichkeit sowie der Zellzykluskontrolle hin. Die genaue biologische Funktion von S100A11 ist aber nach wie vor unklar. In eigener Vorarbeit konnte eine physikalische Interaktion zwischen S100A11 und RAD54B identifiziert werden. RAD54B ist eine DNA-abhängige ATPase, die eine spezifische Funktion bei der RAD51-vermittelten Stranginvasion innerhalb der homologen Rekombinationreparatur (HRR) besitzt. Das Ziel dieser Arbeit war es, diese Interaktion im Detail funktionell zu analysieren und eine mögliche Beteiligung von S100A11 bei der Reparatur von DNA-Schäden zu klären. In der vorliegenden Arbeit konnte gezeigt werden, dass die Proteine S100A11 und RAD54B spezifisch miteinander interagieren. Die Induktion von DNA-Schäden mit Hilfe von Bleomycin stimuliert die Komplexbildung zwischen S100A11 und RAD54B. Während eine Beteiligung von S100A11 und RAD54B bei der nichthomologen Verknüpfung von DNA-Enden (NHEJ) oder der Reparatur von kollabierten Replikationsgabeln ausgeschlossen werden konnte, ist eine Beteiligung von S100A11 an der HRR von DNA-Doppelstrangbrüchen sehr wahrscheinlich. S100A11 ist neben der Schadensantwort an der p21-vermittelten Zellzyklusregulation beteiligt. Die Induktion von DNA-Schäden führt zur Akkumulation von S100A11 im Zellkern und damit verbunden zu einer Aktivierung von p21WAF1/CIP1. Die Depletion von S100A11 führte zu einer signifikanten Reduktion von p21WAF1/CIP1 und damit möglicherweise zu einem Versagen in der Aktivierung der Zellzyklus-Kontrollpunkte in einer p53 unabhängigen Art und Weise. S100A11-depletierte Zellen sind sensitiv gegenüber Bleomycin und zeichnen sich durch eine eingeschränkte Proliferationskapazität aus. Zusammenfassend konnte in dieser Arbeit eine neue Funktion für S100A11 im Prozess der homologen Rekombinationsreparatur von DNA-Doppelstrangbrüchen beschrieben werden. Zusätzlich ist S100A11 an der p21-vermittelten Zellzyklusregulation beteiligt und könnte somit an der zellulären Stress-Antwort involviert sein

Rad54B Targeting to DNA Double-Strand Break Repair Sites Requires Complex Formation with S100A11

S100A11 is involved in a variety of intracellular activities such as growth regulation and differentiation. To gain more insight into the physiological role of endogenously expressed S100A11, we used a proteomic approach to detect and identify interacting proteins in vivo. Hereby, we were able to detect a specific interaction between S100A11 and Rad54B, which could be confirmed under in vivo conditions. Rad54B, a DNA-dependent ATPase, is described to be involved in recombinational repair of DNA damage, including DNA double-strand breaks (DSBs). Treatment with bleomycin, which induces DSBs, revealed an increase in the degree of colocalization between S100A11 and Rad54B. Furthermore, S100A11/Rad54B foci are spatially associated with sites of DNA DSB repair. Furthermore, while the expression of p21WAF1/CIP1 was increased in parallel with DNA damage, its protein level was drastically down-regulated in damaged cells after S100A11 knockdown. Down-regulation of S100A11 by RNA interference also abolished Rad54B targeting to DSBs. Additionally, S100A11 down-regulated HaCaT cells showed a restricted proliferation capacity and an increase of the apoptotic cell fraction. These observations suggest that S100A11 targets Rad54B to sites of DNA DSB repair sites and identify a novel function for S100A11 in p21-based regulation of cell cycle