Erik Johansson lab

Det är en stor utmaning för den prolifererande cellen att replikera hela arvsmassan före varje celldelning eftersom det omfattar en stor mängd DNA och det måste ske med hög noggrannheten. Det måste också vara en snabb och koordinerad process eftersom cellen har mycket begränsad tid att slutföra uppgiften. Vi studerar på molekylär nivå hur DNA-replikation genomförs i eukaryota celler eftersom det fortfarande finns många obesvarade frågor.

Vi har fokuserat på hur och när DNA-polymeras epsilon (Pol epsilon) bygger DNA. Vårt och andra forskargruppers arbete, med jäst som modellsystem, har visat att Pol epsilon främst är involverat i syntesen av den ena av de två DNA-strängarna, och därmed bygger Pol epsilon nästan hälften av det eukaryota genomet varje gång det dupliceras. Pol epsilon är ett av de mest noggranna DNA-polymeraserna i cellen och det låga antalet replikationsfel skyddar genomet från mutationer som kan omvandla celler till cancerceller.

En grupp mutationer i POLE (den mänskliga genen som kodar för Pol epsilon) upptäcktes nyligen orsaka cancer, och dessa förändringar i Pol epsilon finns alla i korrekturläsningsdomänen. Vi har tillämpat röntgenkristallografi för att erhålla högupplösta strukturer av sådana Pol epsilon-varianter och jämfört med normal Pol epsilon för att förstå hur Pol epsilon känner av skador eller felaktigheter i DNA:t och tar bort replikationsfel med hjälp av sin korrekturläsningsaktivitet. Dessutom studerar vi hur ett Fe-S-kluster i den katalytiska domänen av Pol epsilon påverkar aktiviteten och noggrannheten med vilken Pol epsilon bygger DNA. Dessa projekt ger oss nya molekylära insikter om hur det eukaryota genomet dupliceras med endast ett fåtal replikationsfel vid varje celldelning.

Nyligen startade vi ett nytt projekt för att studera vad som händer när en replikationsgaffel stöter på ett enkelsträngat DNA-brott, ett så kallat ”nick”. Vi har funnit att ett brott på den ena DNA-strängen kan omvandlas av replikationsgaffeln till ett substrat som tillåter lokaliserad re-replikation. Detta kan i sin tur främja genominstabilitet som ofta finns i tumörer. Vårt mål är att utforska hur cellen kan skyddas från ”nick”-inducerad re-replikation.

Nyligen inleddes ett nytt projekt för att studera de molekylära händelserna när en replikationsgaffel stöter på ett enkelsträngat brott, ett hack. Vi har funnit att ett hack kan omvandlas av replikationsgaffeln till ett substrat som tillåter lokaliserad re-replikation. Detta kan i sin tur främja genominstabilitet som ofta finns i tumörer. Vårt mål är att utforska hur cellen kan skyddas från hack-inducerad re-replikation.

Urval av publikatoner:

Johansson, E. and Diffley, J.F.X. (2021) Unchecked nick ligation can promote localized re-replication. Current Biology 31:R710-R711

ter Beek, J., Parkash, V., Bylund, G.O., Osterman, P., Sauer-Eriksson, A.E., and Johansson, E. (2019) Structural evidence for an essential Fe-S cluster in the catalytic core domain of DNA polymerase ε. Nucleic Acids Res 47:5712-5722

Parkash, V., Kulkarni, Y., ter Beek, J., Shcherbakova, P.V., Kamerlin, S.C.L., and Johansson, E. (2019) Structural consequence of the most frequently recurring cancer-associated substitution in DNA polymerase ε. Nature Communications 10:373

Yu, C., Gan, H., Serra-Cardona, A., Zhang, L., Gan, S., Sharma, S., Johansson, E., Chabes, A., Xu, R.-M., and Zhang, Z. (2018) A mechanism for preventing asymmetric histone segregation onto replicating DNA strands. Science 361:1386-1389

Ganai, R.A., and Johansson, E. (2016) DNA replication – a matter of fidelity. Molecular Cell  62: 745-755  Invited review

Hogg, M., Osterman, P., Bylund, G.O., Ganai, R.A., Lundström, E.-B., Sauer- Eriksson, A.E. and Johansson, E. (2014) Structural basis for processive DNA synthesis by yeast DNA polymerase ε.  Nature Structural & Molecular Biology 21:49-55

Aksenova, A., Volkov, K., Macheluch, J., Pursell, Z.F.,  Rogozin, I.B., Kunkel, T.A., Pavlov, Y.I. and Johansson, E. (2010)  Mismatch repair-independent increase in spontaneous mutagenesis in yeast lacking non-essential subunits of DNA polymerase epsilon. PLoS Genetics 6:e1001209

Chilkova, O., Stenlund, P., Isoz, I., Stith, C.M., Grabowski, P.M., Lundström, E-B., Burgers, P.M., and Johansson, E. (2007) The eukaryotic leading and lagging strand DNA polymerases are loaded onto the primer-end via separate mechanisms but have comparable processivity in the presence of PCNA. Nucleic Acids Res. 35: 6588 – 6597

Pursell, Z.F., Isoz, I., Lundström, E.-B., Johansson, E., and Kunkel, T.A. (2007) Yeast DNA polymerase epsilon participates in leading-strand DNA replication. Science 317: 127-130