Chromatin licensing and DNA replication factor 1 (CDT1), a protein of the pre-replicative complex, is essential for loading the minichromosome maintenance complex (MCM) helicases onto the origins of DNA replication. While several studies have shown that dysregulation of CDT1 expression causes re-replication and DNA damage in cell lines, and CDT1 is highly expressed in several human cancers, whether CDT1 deregulation is sufficient to enhance tumorigenesis in vivo is currently unclear. To delineate its role in vivo, we overexpressed Cdt1 in the mouse colon and induced carcinogenesis using azoxymethane/dextran sodium sulfate (AOM/DSS). Here, we show that mice overexpressing Cdt1 develop a significantly higher number of tumors with increased tumor size, and more severe dysplastic changes (high-grade dysplasia), compared with control mice under the same treatment. These tumors exhibited an increased growth rate, while cells overexpressing Cdt1 loaded greater amounts of Mcm2 onto chromatin, demonstrating origin overlicensing. Adenomas overexpressing Cdt1 showed activation of the DNA damage response (DDR), apoptosis, formation of micronuclei, and chromosome segregation errors, indicating that aberrant expression of Cdt1 results in increased genomic and chromosomal instability in vivo, favoring cancer development. In line with these results, high-level expression of CDT1 in human colorectal cancer tissue specimens and colorectal cancer cell lines correlated significantly with increased origin licensing, activation of the DDR, and microsatellite instability (MSI).

Η αντιγραφή του DNA αποτελεί μια από τις θεμελιώδεις διεργασίες του κυττάρου μέσω της οποίας τα κύτταρα εξασφαλίζουν τη μεταβίβαση της γενετικής πληροφορίας στους απογόνους τους. Στα ευκαρυωτικά κύτταρα η εκκίνηση της αντιγραφής συμβαίνει σε πολλαπλά σημεία διάσπαρτα στο γονιδίωμα που ονομάζονται θέσεις έναρξης της αντιγραφής. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα κατά τη φάση S του κυτταρικού κύκλου και υπόκειται σε αυστηρή χωρική και χρονική ρύθμιση έτσι ώστε να επιτευχθεί ο πιστός και πλήρης διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος μέσα στα χρονικά περιθώρια της φάσης S. Απώλεια της ρύθμισης της αντιγραφής οδηγεί σε επαναντιγραφή του DNA και γονιδιωματική αστάθεια.Στον Schizosaccharomyces pombe η υπερέκφραση του αδειοδοτικού παράγοντα Cdc18/Cdc6 είναι ικανή για την επαγωγή επαναντιγραφής του DNA. Η επαναντιγραφή που παρατηρείται δεν είναι ομοιόμορφη κατά μήκος των χρωμοσωμάτων, αντιθέτως συγκεκριμένες περιοχές τείνουν να υπερδιπλασιάζονται. Η απορρύθμιση του μηχανισμού αδειοδότησης επαρκεί για να προκαλέσει επαναντιγραφή και σε κύτταρα θηλαστικών και έχει συσχετιστεί με την κακοήθη εξαλλαγή των κυττάρων και τη γονιδιωματική αστάθεια. Οι βλάβες που δημιουργούνται στο DNA κατά τη διαδικασία της επαναντιγραφής ενεργοποιούν ειδικά σημεία ελέγχου του κυτταρικού κύκλου που έχουν ως στόχο την αναστολή του κυτταρικού κύκλου και την επαγωγή μηχανισμών επιδιόρθωσης του DNA. Έχει προταθεί ότι η επίλυση των βλαβών που δημιουργούνται κατά την επαναντιγραφή μπορεί να οδηγήσει σε γονιδιακή ενίσχυση των υπερδιπλασιασμένων περιοχών. Η γονιδιακή ενίσχυση αποτελεί μια μορφή γονιδιωματικής αστάθειας που παρατηρείται συχνά στον καρκίνο. Αποτελεί έναν βασικό μηχανισμό ενεργοποίησης ογκογονιδίων αλλά και εμφάνισης ανθεκτικότητας των κυττάρων σε αντικαρκινικά φάρμακα, συμβάλλοντας έτσι και στην επαγωγή της καρκινογένεσης αλλά και στη διατήρηση και εξέλιξη της νόσου.Στην παρούσα διατριβή διερευνήθηκαν οι μοριακοί μηχανισμοί που οδηγούν στην επαναντιγραφή του DNA καθώς επίσης πραγματοποιήθηκε μελέτη της ετερογένειας του φαινομένου στον οργανισμό S.pombe. Επιπλέον, μελετήθηκε η συσχέτιση μεταξύ των φαινομένων της επαναντιγραφής και της γονιδιακής ενίσχυσης. Η μελέτη αυτή πραγματοποιήθηκε με δεδομένα υψηλής απόδοσης που αφορούν σε ασθενείς με διαφόρους τύπους καρκίνου. Τέλος, διερευνήθηκε η πιθανή συσχέτιση της γονιδιακής ενίσχυσης με μονοπάτια απόκρισης στη βλάβη αλλά και με βασικά μονοπάτια επιδιόρθωσης του DNA.

Copy Number Gains (CNGs) lead to genetic heterogeneity, driving evolution and carcinogenesis. The mechanisms promoting CNG formation however remain poorly characterized. We show that abnormal expression of the replication licensing factor Cdc18 in fission yeast, which leads to genome-wide re-replication, drives the formation of CNGs at different genomic loci, promoting the acquisition of new selectable traits. Whole genome sequencing reveals Mb long, primarily extrachromosomal amplicons. Genetic analysis shows that homology-mediated repair is required to resolve re-replication intermediates into heritable CNGs. Consistently, we show that in mammalian cells overexpression of CDC6 and/or CDT1 leads to CNGs and promotes drug resistance. In human cells, multiple repair pathways are activated upon rereplication and act antagonistically, with RAD52 promoting and 53BP1 inhibiting CNG formation. In tumours, CDT1 and/or CDC6 overexpression correlates with copy number gains genome-wide. We propose re-replication as an evolutionary-conserved driver of CNGs, highlighting a link between aberrant licensing, CNGs and cancer.