Protection of telomeres through independent control of ATM and ATR by TRF2 and POT1

Abstract

When telomeres are rendered dysfunctional through replicative attrition of the telomeric DNA or by inhibition of shelterin, cells show the hallmarks of ataxia telangiectasia mutated (ATM) kinase signalling. In addition, dysfunctional telomeres might induce an ATM-independent pathway, such as ataxia telangiectasia and Rad3-related (ATR) kinase signalling, as indicated by the phosphorylation of the ATR target CHK1 in senescent cells and the response of ATM-deficient cells to telomere dysfunction. However, because telomere attrition is accompanied by secondary DNA damage, it has remained unclear whether there is an ATM-independent pathway for the detection of damaged telomeres. Here we show that damaged mammalian telomeres can activate both ATM and ATR and address the mechanism by which the shelterin complex represses these two important DNA damage signalling pathways. We analysed the telomere damage response on depletion of either or both of the shelterin proteins telomeric repeat binding factor 2 (TRF2) and protection of telomeres 1 (POT1) from cells lacking ATM and/or ATR kinase signalling. The data indicate that TRF2 and POT1 act independently to repress these two DNA damage response pathways. TRF2 represses ATM, whereas POT1 prevents activation of ATR. Unexpectedly, we found that either ATM or ATR signalling is required for efficient non-homologous end-joining of dysfunctional telomeres. The results reveal how mammalian telomeres use multiple mechanisms to avoid DNA damage surveillance and provide an explanation for the induction of replicative senescence and genome instability by shortened telomeres.

Anthracyclines disrupt telomere maintenance by telomerase through inducing PinX1 ubiquitination and degradation

“…This particular event is defined as TIFs (telomere dysfunction-induced DNA-damaging foci). TIFs can be judged by co-localizations of DNAdamaged foci (such as the gH2AX foci) with telomere markers (such as telomeric DNA or telomeric protein components) (Takai et al, 2003;Denchi and de Lange, 2007). We examined TIFs in the two telomerase-positive cancer cell lines of HepG2 and MCF7 during the courses of their responses to different DSB-inducing anti-cancer drugs, including etoposide (Et) and the anthracyclines DOX and its analog EPI.…”

“…TIFs were evidenced by co-localizations of the DNA-damage factor gH2AX with the constitutive telomere protein component TRF1. A total of 400 cells were counted for each observation, and cells with >5 spots of gH2AX and TRF1 co-localization signals were considered as TIF positive (Takai et al, 2003;Denchi and de Lange, 2007).…”

Cibler les télomères pour forcer les cellules cancéreuses à rentrer en sénescence

“…Deux protéines affines de l'ADN téloméri-que, TRF2 et Pot1, orchestrent toute une série d'activités qui vont réprimer la réponse à l'ADN endommagé et inhiber la réparation par recombinaison [9]. C'est ainsi que des télomères dépourvus de TRF2 sont reconnus comme des cassures de la double hélice entraînant une accumulation de facteurs de réponse au dommage, une activation de la kinase ATM, l'apparition de fusions entre extrémités de chromosomes et une entrée accélérée en sénescence alors qu'un surdosage de TRF2 va retarder la sénescence [10,11]. Ces rôles multiples de TRF2 peuvent s'expliquer par des propriétés intrinsèques de la protéine qui modifient la conformation de l'ADN télomérique, par une interaction directe avec ATM qui va inhiber l'activité kinase de cette dernière et par le recrutement de nombreux facteurs impliqués dans la réplication de l'ADN télomérique ainsi que dans l'anti-recombinaison entre télomères, comme Apollon, les hélicases Werner et Bloom, et Rap1 [6].…”

“…Ces rôles multiples de TRF2 peuvent s'expliquer par des propriétés intrinsèques de la protéine qui modifient la conformation de l'ADN télomérique, par une interaction directe avec ATM qui va inhiber l'activité kinase de cette dernière et par le recrutement de nombreux facteurs impliqués dans la réplication de l'ADN télomérique ainsi que dans l'anti-recombinaison entre télomères, comme Apollon, les hélicases Werner et Bloom, et Rap1 [6]. Pot1, qui se fixe sur la partie simple-brin des télomères, les protège contre l'activation de la kinase ATR probablement en contrôlant la maturation de l'extrémité 3' sortante [11]. On peut donc imaginer que le raccourcissement des télomères entraîne une perte excessive des protéines TRF2 et Pot1, ce qui permettrait aux kinases ATM et ATR de signaler les télomères comme des cassures double-brin et d'activer la voie p53/p21 (Figure 1).…”

CTC1‐STN1 coordinates G‐ and C‐strand synthesis to regulate telomere length

“…For example, removal of TRF2 activates ATM to promote classical nonhomologous end joining (C‐NHEJ)‐mediated repair, while removal of TPP1:POT1 activates ATR and telomere repair via alternative (A)‐NHEJ‐mediated repair. Finally, RAP1 and TRF2 coordinate to repress the activation of homology‐directed DNA repair (Denchi & de Lange, 2007; Guo et al., 2007; Rai, Chen, Lei & Chang, 2016; Rai et al., 2017). …”