# Recombinational Mechanisms of DNA Repair

> **NIH NIH R01** · UNIVERSITY OF CALIFORNIA AT DAVIS · 2021 · $383,891

## Abstract

Project Summary 
Double-­stranded  DNA  breaks  (DSBs)  represent  a  critical  genotoxic  lesion  that  is  induced  directly  or  indirectly 
by many anti-­tumor agents including ionizing radiation, interstrand crosslinking agents, topoisomerase-­targeted 
drugs,  and  agents  that  lead  to  replication  forks  stalling.  Homologous  recombination  (HR)  is  a  central  pathway 
of  genome  maintenance  that  repairs  DSBs  caused  by  these  agents.  Defects  in  HR  have  dual  significance  for 
cancer.  They  lead  to  genomic  instability  and  predispose  to  cancer.  On  the  other  hand,  HR  defects  cause 
specific  cellular  vulnerabilities  that  can  be  exploited  therapeutically.  The  overarching  goal  is  to  elucidate  the 
mechanisms  of  HR.  In  this  award  period,  we  focus  on  the  central  HR  intermediate,  the  displacement  loop  (D-­
loop), which is either targeted for dissociation by anti-­recombination mechanisms or which is extended by DNA 
synthesis to transition further in the HR pathway. The Specific Aims are:  
 
(1)  Mechanism  and  significance  of  D-­loop  editing  by  Topoisomerase  3a.  Our  published  and  unpublished 
work in S. cerevisiae showed that Top3-­Rmi1 act as an anti-­recombinase by targeting the D-­loop intermediate. 
Using the tools and concepts developed in yeast, we will determine in Subaim 1A the biochemical mechanism 
involved  using  the  yeast  and  human  enzymes.  In  Subaim  1B,  we  will  establish  the  significance  of  D-­loop 
editing by TOPOIIIa in human cells. 
 
(2)  Determine  the  pathways  of  D-­loop  editing.  Using  a  newly  developed  general  assay  based  on  the 
proximity  ligation  principle  to  physically  detect  D-­loops,  we  will  conduct  pathway  analysis  to  determine  which 
enzymes  and  pathways  act  on  D-­loops.  In  Subaim  2A,  we  will  complete  the  pathway  analysis  in  the  budding 
yeast.  Most  of  the  effort  is  dedicated  to  Subaim  2B  to  determine  the  human  enzymes  and  pathways  that 
regulate D-­loops levels. 
 
(3)  Determine  D-­loop  length  and  the  factors  controlling  it.  We  have  developed  a  novel  assay  to  measure 
D-­loop length at the single-­molecule level. In Subaim 3A, we will validate the assay using reconstituted in vitro 
reactions  with  yeast  and  human  recombination  proteins.  In  Subaim  3B,  we  will  define  the  mechanism,  by 
which  the  motor  protein  Rdh54/Tid1  and  its  human  homologs  control  D-­loop  length.  In  Subaim  3C,  we  will 
adapt  this  assay  to  human  cells  and  determine  D-­loop  length  in  human  cells  and  test  the  human  Rdh54/Tid1 
paralogs for their effect on D-­loop levels and length.

## Key facts

- **NIH application ID:** 10206156
- **Project number:** 5R01GM058015-20
- **Recipient organization:** UNIVERSITY OF CALIFORNIA AT DAVIS
- **Principal Investigator:** Wolf-Dietrich Heyer
- **Activity code:** R01 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2021
- **Award amount:** $383,891
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2000-01-01 → 2022-07-19

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/10206156

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 10206156, Recombinational Mechanisms of DNA Repair (5R01GM058015-20). Retrieved via AI Analytics 2026-05-27 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/10206156. Licensed CC0.

---

*[NIH grants dataset](/datasets/nih-grants) · CC0 1.0*