Pol Xファミリーポリメラーゼ作用のDNA関節依存性非同情エンド結合における作用

DNAダブルストランドブレーク（DSB）は、修復の非相同末端結合（NHEJ）経路によって直接再加入できます。ヌクレアーゼとポリメラーゼは、DSBの末端ベースが損傷した場合に正確なNHEJを促進するために必要です。同じ酵素は、不一致の再加工と互換性のない端の結合、重要な変異原性イベントの結合にも関与しています。以前の研究では、Saccharomyces cerevisiaeでのギャップ充填を必要とするすべてではなく、一部のNHEJイベントではPol XファミリーポリメラーゼPol4が必要であることが示されています。ここでは、DSB END構成を体系的に分析し、ストランドとオーバーハング極性の両方のギャップが、ジョイントにPOL4が必要かどうかを決定する主要な要因であることがわかりました。3'オーバーハンと各鎖のギャップを備えたDSBは、修復のためにPOL4に強く依存していました。ただし、3'Overhangsが1つのストランドにのみギャップを含んでいた場合、POL4は必要ありませんでした。POL4は、NHEJ依存範囲内のすべての長さの3'Overhangsで等しく必要でしたが、この範囲以外では不可欠であり、POL4がNHEJに固有であることを示しています。Pol4の喪失は、5'-ヒドロキシルを持つ埋め込み式微小ホモロジーまたはDSBを使用したDSBの再結合に影響を与えませんでしたが、ギャップはありませんでした。最後に、哺乳類のPol Xポリメラーゼは、関節構造に応じてPol4変異を示差的に補完することができ、これらのポリメラーゼが酵母NHEJに関与しているが、異なる特性を持つことを示しています。

DNA double strand breaks (DSBs) can be rejoined directly by the nonhomologous end-joining (NHEJ) pathway of repair. Nucleases and polymerases are required to promote accurate NHEJ when the terminal bases of the DSB are damaged. The same enzymes also participate in imprecise rejoining and joining of incompatible ends, important mutagenic events. Previous work has shown that the Pol X family polymerase Pol4 is required for some but not all NHEJ events that require gap filling in Saccharomyces cerevisiae. Here, we systematically analyzed DSB end configurations and found that gaps on both strands and overhang polarity are the principal factors that determine whether a joint requires Pol4. DSBs with 3'-overhangs and a gap on each strand strongly depended on Pol4 for repair, DSBs with 5'-overhangs of the same sequence did not. Pol4 was not required when 3'-overhangs contained a gap on only one strand, however. Pol4 was equally required at 3'-overhangs of all lengths within the NHEJ-dependent range but was dispensable outside of this range, indicating that Pol4 is specific to NHEJ. Loss of Pol4 did not affect the rejoining of DSBs that utilized a recessed microhomology or DSBs bearing 5'-hydroxyls but no gap. Finally, mammalian Pol X polymerases were able to differentially complement a pol4 mutation depending on the joint structure, demonstrating that these polymerases can participate in yeast NHEJ but with distinct properties.