一分子ライブセルイメージングにより、DNAポリメラーゼIVの二重鎖切断修復におけるRecB依存性の機能を明らかにした

Single-molecule live-cell imaging reveals RecB-dependent function of DNA polymerase IV in double strand break repair.

• Sarah S Henrikus
• Camille Henry
• Amy E McGrath
• Slobodan Jergic
• John P McDonald
• Yvonne Hellmich
• Steven T Bruckbauer
• Matthew L Ritger
• Megan E Cherry
• Elizabeth A Wood
• Phuong T Pham
• Myron F Goodman
• Roger Woodgate
• Michael M Cox
• Antoine M van Oijen
• Harshad Ghodke
• Andrew Robinson

抄録

大腸菌DNAポリメラーゼIV（pol IV）にはいくつかの機能が提案されている。多くの研究では、病変部のバイパスにおける pol III レプリソームを補助するという pol IV の潜在的な役割に焦点が当てられているが、pol IV は生体内の複製分岐部にはほとんど存在しない。Pol IVは、一般的に使用されている多くの抗生物質を含む外因性DNA損傷剤に曝露された大腸菌細胞では、高レベルで発現している。ここでは、抗生物質によって誘導された二本鎖切断がpol IV活性を強く刺激することを示す、ライブセル一分子顕微鏡による測定結果を紹介する。抗生物質シプロフロキサシンとトリメトプリムへの曝露は、大腸菌細胞における二本鎖切断の形成につながる。RecAとpol IVの病巣は治療後に増加し、強いコロケーションを示す。SOS応答の誘導、RecA病巣の出現、pol IV病巣の出現、およびRecA-pol IVのコロケーションはすべてRecB機能に依存している。pol IV病巣の位置は、以前にin vitroで検出されたRecA*核タンパク質フィラメントとの物理的相互作用を反映している可能性が高い。我々の観察は、二本鎖切断誘導抗生物質で処理された細胞における二本鎖切断修復におけるpol IVの直接的な役割のin vivoでの実証を提供します。

Several functions have been proposed for the Escherichia coli DNA polymerase IV (pol IV). Although much research has focused on a potential role for pol IV in assisting pol III replisomes in the bypass of lesions, pol IV is rarely found at the replication fork in vivo. Pol IV is expressed at increased levels in E. coli cells exposed to exogenous DNA damaging agents, including many commonly used antibiotics. Here we present live-cell single-molecule microscopy measurements indicating that double-strand breaks induced by antibiotics strongly stimulate pol IV activity. Exposure to the antibiotics ciprofloxacin and trimethoprim leads to the formation of double strand breaks in E. coli cells. RecA and pol IV foci increase after treatment and exhibit strong colocalization. The induction of the SOS response, the appearance of RecA foci, the appearance of pol IV foci and RecA-pol IV colocalization are all dependent on RecB function. The positioning of pol IV foci likely reflects a physical interaction with the RecA* nucleoprotein filaments that has been detected previously in vitro. Our observations provide an in vivo substantiation of a direct role for pol IV in double strand break repair in cells treated with double strand break-inducing antibiotics.

© The Author(s) 2020. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.