Karen Kristjánsdóttir varði doktorsritgerð sína við Læknadeild

Föstudaginn 6. desember 2024 varði Karen Kristjánsdóttir doktorsritgerð sína í líf- og læknavísindum við Læknadeild Háskóla Íslands. Ritgerðin ber heitið: Áhrif RNA sviperfða á tjáningu DNA viðgerðargena. Epitranscriptomic regulation of DNA repair genes.

Andmælendur voru dr. John Krais, lektor við Washington University School of Medicine í St. Louis, og dr. Francesca Aguilo, dósent við Umeå University í Svíþjóð.

Umsjónarkennari og leiðbeinandi var Stefán Þ. Sigurðsson, prófessor og leiðbeinandi var Þorkell Guðjónsson, dósent. Auk þeirra sátu í doktorsnefnd Hans Tómas Björnsson, prófessor og Anindya Roy, prófessor. 

Sædís Sævarsdóttir, prófessor og varadeildarforseti Læknadeildar, stjórnaði athöfninni sem fór fram í Hátíðasal Háskóla Íslands.

Myndir úr doktorsvörn Karenar.

Ágrip
Hæfni frumna til að greina og gera við DNA-skemmdir er eitt mikilvægasta hlutverk eðlilega starfandi frumna, þar sem DNA-skemmdir eru ein helsta orsök erfðafræðilegs óstöðugleika, sem er einkenni flestra krabbameina. DNA-tvíþátta brot (DTB) eru sérstaklega alvarleg tegund DNA-skemmda. Stjórnun á viðgerðum DNA-DTB er afar mikilvæg, þar sem gallar í þessum viðgerðum geta leitt til frumudauða og stuðlað að myndun krabbameina. Því verður viðgerð á DNA-DTB að vera nákvæm og vel stjórnað til að viðhalda erfðafræðilegum stöðugleika og tryggja eðlilega frumustarfsemi.

Með þessari rannsókn sýnum við fram á nýja RNA-sviperfðastjórnun á viðgerðum DNA-DTB. Niðurstöður okkar benda til þess að tveir díoxýgenasar, sem tilheyra AlkB-prótein fjölskyldunni, ALKBH3 og FTO (einnig þekktur sem ALKBH9), stjórni próteintjáningu RNF168, lykilpróteins sem tekur þátt í viðgerðum á DTB. RNA-sviperfðir vísa til stjórnunar á genatjáningu eftir umritun með breytingum á RNA, sem geta haft áhrif á virkni og uppbyggingu RNA-sameindarinnar án þess að valda breytingum á ríbósakjarnsýruröðinni. RNA-breytingar finnast á öllum gerðum RNA, þar á meðal mRNA, þar sem metýleringar eru algengasta form breytinga.

Niðurstöður þessarar rannsóknar benda til þess að ALKBH3 og FTO stjórni RNF168 með því að fjarlægja metýleringar af RNF168 mRNA. ALKBH3 fjarlægir N1-metýladenósín (m1A), en FTO fjarlægir N6-metýladenósín (m6A). Genaþöggun á ALKBH3 og FTO leiddi í ljós að frumur sem skortir ALKBH3 eða FTO sýndu sterk merki um truflun á starfsemi RNF168, þar á meðal vanhæfni 53BP1-próteins til að tengjast DNA-DTB. Frekari rannsóknir sýndu fram á að frumur með skerta virkni ALKBH3 og FTO höfðu lakari getu til að gera við DTB. Einnig kom í ljós aukinn erfðafræðilegur óstöðugleiki og aukið varnarleysi fyrir lyfjum sem valda DNA skemmdum við tap á ALKBH3 og FTO.

Þessar niðurstöður benda til nýrrar gerðar stjórnunar á RNF168 og sýna að mRNA-breytingar hafa áhrif á DNA-DTB viðgerðarsvörun. Enn fremur gefa niðurstöðurnar úr þessu verkefni vísbendingu um samspil milli alkýleringarviðgerðar og DNA-DTB viðgerðar. Tap á ALKBH3 og FTO gæti reynst gagnlegt sem vísbending fyrir svörun við krabbameinsmeðferð, bæði vegna skorts á alkýleringarviðgerð og hugsanlega vegna galla í DNA-DTB viðgerð, sem undirstrikar mögulegan klínískan ávinning af þessari rannsókn.

Abstract
One of the most vital functions of a normal, functioning cell is its ability to detect and repair DNA damage, as damaged DNA is a primary cause of genomic instability, a hallmark of most cancers. DNA double-strand breaks (DSBs) are the most severe type of DNA damage. Regulation of DNA DSB repair is critical because unrepaired or incorrectly repaired DSBs can result in cell death or lead to increased genomic instability, raising the risk of cancer development. Therefore, the regulation of DSB repair must be precise and tightly controlled to prevent genomic instability and ensure proper cellular function.

The research presented in this thesis introduces a novel epitranscriptomic regulatory mechanism of DNA DSB repair. Here, we demonstrate that two dioxygenases from the AlkB alkylation repair protein family, ALKBH3 and FTO (also known as ALKBH9), regulate the protein expression of RNF168, a key protein involved in DSB repair. Epitranscriptomics refers to the regulation of gene expression through RNA modifications, which influence RNA structure and function without altering its sequence. RNA modifications are present on all types of RNA, including mRNA, with methylations being the most common form of mRNA modification.

In our research, ALKBH3 and FTO were found to regulate RNF168 by removing methylation marks from RNF168 mRNA—ALKBH3 removed N1-methyladenosine (m1A), and FTO removed N6-methyladenosine (m6A). Cells depleted of ALKBH3 or FTO exhibited significant RNF168 dysfunction, including impaired 53BP1 recruitment to DNA DSBs and altered DNA DSB repair dynamics. Subsequent studies revealed heightened genomic instability and increased sensitivity to genotoxic agents in cells lacking either ALKBH3 or FTO.

The findings from this project establish a novel epitranscriptomic regulatory mechanism for RNF168, linking mRNA modifications to DNA DSB repair signaling. Additionally, our results highlight an interplay between alkylation repair and DNA repair, with potential implications for cancer biology. Loss of ALKBH3 and FTO contributes to DDR defects and may serve as biomarkers for cancer prognosis and treatment response. These discoveries enhance our understanding of how RNA modifications impact genomic maintenance and underscore their clinical relevance in cancer and DNA repair research.

Um doktorsefnið
Karen Kristjánsdóttir er fædd árið 1989 á Selfossi. Hún lauk BS-prófi í lífefnafræði frá Háskóla Íslands 2012 og MS-gráðu í sameindalíffræði frá Syddansk Universitet árið 2016. Karen hóf doktorsnám við Læknadeild HÍ 2019. Rannsóknarverkefnið hlaut styrk úr Rannsóknarsjóði Rannís og hlaut Karen einnig styrk frá Bláa naglanum. Samhliða doktorsnámi hefur Karen sinnt aðstoðarkennslu við Háskóla Íslands, setið í stjórn Lífvísindaseturs sem fulltrúi doktorsnema frá 2020 til 2022 ásamt því að sitja í stjórn SKÍ (Samtök um krabbameinsrannsóknir á Íslandi) frá 2022 til 2024. Foreldrar hennar eru Sólveig Sigmarsdóttir og Kristján Már Gunnarsson. Karen er gift Zenel Demiri lækni og saman eiga þau einn son, Ara Demiri.