The regulatory roles of APE1 and Prdx1 interaction

Abstract

L’apurinic/apyrimidic endonuclease 1 (APE1) est une protéine multifonctionnelle qui joue un rôle important dans la voie de réparation de l’ADN par excision de base. Elle sert également de coactivateur de transcription et est aussi impliquée dans le métabolisme de l’ARN et la régulation redox. APE1 peut cliver les sites AP ainsi que retirer des groupements, sur des extrémités 3’ créées suite à des bris simple brin, qui bloquent les autres enzymes de réparation, permettant de poursuivre la réparation de l’ADN, puisqu’elle possède plusieurs activités de réparation de l’ADN comme une activité phosphodiestérase 3’ et une activité exonucléase 3’→5’. Les cellules de mammifères ayant subi un knockdown d’APE1 présentent une grande sensibilité face à de nombreux agents génotoxiques. APE1 ne possède qu’une seule cystéine située au 65e acide aminé. Celle-ci est nécessaire pour maintenir l’état de réduction de nombreux activateurs de transcription tels que p53, NF-κB, AP-1, c-Jun at c-Fos. Ainsi, elle se retrouve impliquée dans la régulation de l’expression génique. APE1 passe également à travers au moins 4 types de modifications post-traductionnelles : l’acétylation, la désacétylation, la phosphorylation et l’ubiquitylation. La façon dont APE1 est recrutée pour accomplir ses différentes fonctions biologiques demeure un mystère, bien que cela puisse être relié à sa capacité d’interaction avec de multiples partenaires différents. Sous des conditions de croissance normales, il a été démontré qu’APE1 interagit avec de nombreux partenaires impliqués dans de multiples fonctions. Nous émettons l’hypothèse que l’état d’oxydation d’APE1 est ce qui contrôle les partenaires avec lesquels la protéine interagira, lui permettant d’accomplir des fonctions précises. Dans cette étude nous démontrons que le peroxyde d’hydrogène altère le réseau d’interactions d’APE1. Un nouveau partenaire d’interaction d’APE1, Prdx1, un membre de la famille des peroxirédoxines responsable de récupérer le peroxyde d’hydrogène, est caractérisé. Nous démontrons qu’un knockdown de Prdx1 n’affecte pas l’activité de réparation de l’ADN d’APE1, mais altère sa détection et sa distribution cellulaire à l’intérieur des cellules HepG2 conduisant à une induction accrue de l’interleukine 8 (IL-8). L’IL8 est une chimiokine impliquée dans le stress cellulaire en conditions physiologiques et en cas de stress oxydatif. Il a été démontré que l’induction de l’IL-8 est dépendante d’APE1 indiquant que Prdx1 pourrait réguler l’activité transcriptionnelle d’APE1. Il a été découvert que Prdx1 est impliquée dans la régulation redox suite à une réponse initiée par le peroxyde d’hydrogène. Ce dernier possède un rôle important comme molécule de signalisation dans de nombreux processus biologiques. Nous montrons que Prdx1 est nécessaire pour réduire APE1 dans le cytoplasme en réponse à la présence de H2O2. En présence de Prdx1, la fraction d’APE1 présent dans le cytoplasme est réduite suite à une exposition au peroxyde d’hydrogène, et Prdx1 est hyperoxydé suite à l’interaction entre les deux molécules. Cela suggère que le signal, que produit le peroxyde d’hydrogène, sur APE1 passe par Prdx1. Un knockdown d’APE1 diminue la conversion de la forme dimérique de Prdx1 vers la forme monomérique. Cette observation implique qu’APE1 pourrait être impliquée dans la régulation de l’activité catalytique de Prdx1 en accélérant son hyperoxydation.

Apurinic/apyrimidinic endonuclease 1 (APE1) is a multifunctional protein, which play important roles in base excision repair (BER) pathway and serve as transcriptional co-activator. APE1 is also involved in RNA metabolism and redox regulation. APE1 can cleave abasic sites and process 3’-blocking termini into 3’-OH for DNA repair replication as it posseses several DNA repair activities including AP endonuclease, 3’-phosphodiesterase and 3’ to 5’-exonuclease. Mammalian cells knockdown for APE1 are very sensitive to various DNA damaging agents. APE1 has a unique cysteine C65, which is required to maintain the reduced state of several transcriptional activators such as p53, NF-кB, AP-1, c-Jun, and c-Fos and therefore is involved in the regulation of gene expression. APE1 also undergoes at least four types of post-translational modifications that include acetylation, deacetylation, phosphorylation and ubiquitylation. How APE1 is being recruited to execute the various biological functions remains a challenge, although this could be directly related to its ability to interact with multiple different partners. Under normal growth conditions, APE1 has been shown to interact with a number of proteins that are involved in various functions. We propose that the oxidative state of APE1 governs its interacting partners thereby allowing the protein to perform specific functions. In this study we find that APE1 interactome alters in response to hydrogen peroxide. One novel APE1 interacting partner Prdx1, a member of the peroxiredoxin family that can scavenge hydrogen peroxide is characterized. We demonstrate that knockdown of Prdx1 did not impair APE1 DNA repair activity, but alters APE1 detection, and subcellular distribution in HepG2 cells leading to the induction of interleukin 8 (IL-8). IL-8 is a pro-inflammatory chemokine involved in cellular stress, under physiological and iv oxidative stress conditions. It has been shown that the induction of IL-8 is dependent on APE1 indicating Prdx1 may regulate APE1 transcriptional activity. Prdx1 has been discovered to be involved in the redox regulation of cell signaling initiated by hydrogen peroxide, which has important roles as a signaling molecule in the regulation of a variety of biological processes. Prdx1 exists as a dimer in the cells and we show that Prdx1 is required to reduce APE1 in the cytoplasm in response to H2O2. During this process, the dimeric form of Prdx1 is converted to the oxidized monomeric form. Interestingly, the H2O2-induced conversion of Prdx1 to the monomeric form is dependent upon the presence of APE1. These observations imply that there is a tight regulatory network existing between APE1 and Prdx1.