# Ménage à trois - Zika virus, DNA damage responses and microcephaly; is PNKP the molecular link?

> **NIH NIH R21** · CORNELL UNIVERSITY · 2020 · $235,500

## Abstract

PROJECT SUMMARY 
ZIKV association with congenital microcephaly became evident during the recent epidemic in South and Central 
America, which has already resulted in almost 3,000 such cases. Despite this global health burden, little is known 
about the mechanisms of ZIKV-­induced microcephaly, which often presents with seizures. Cellular and molecular 
studies  support  different  mechanisms,  including  direct  cytotoxicity  to  neural  progenitor  cells  (NPC),  placental 
insufficiency,  and  immune  responses.  ZIKV  congenital  syndrome  thus  likely  results  from  a  combination  of 
mechanisms,  none  of  which  is  yet  fully  understood.  We  have  focused  on  direct  cytotoxicity,  studying  ZIKV 
infections of NPC. The major findings of our preliminary studies are that: 1) ZIKV infection of human NPC induces 
relocalization  of  protein  kinase  3’phosphatase  (PNKP)  to  the  cytoplasm  where  it  co-­localizes  with  ZIKV  non-­
structural  protein  1  (NS1),  2)  infected  NPC  show  obvious  morphological  nuclear  abnormalities  consistent  with 
mitotic catastrophe (MC), and 3) PNKP inhibitors inhibit ZIKV replication. PNKP is a critical DNA damage repair 
enzyme,  restoring  the  3’-­OH  and  5’-­P  DNA  termini  at  single  and  double-­stranded  DNA  breaks.  It  normally 
localizes  to  the  nucleus  and  mitochondria,  localization  that  is  disrupted  by  ZIKV.  PNKP  has  a  direct  link  to 
microcephaly in that single gene mutations, of which one induces cytoplasmic PNKP localization, produce (rare) 
recessive  genetic  syndromes  characterized  by  congenital  microcephaly  with  seizures  (MCSZ).  MCSZ-­
associated PNKP mutations result in accumulation of DNA damage and activation of DNA damage responses 
(DDR) and affect the developing human or mouse brain. Based on the literature and our own preliminary results, 
we  developed  the  hypothesis  that  ZIKV-­induced  cytoplasmic  PNKP  relocalization  causes  functional  (nuclear) 
PNKP  depletion,  DNA  damage  accumulation,  and  DDR  dysregulation.  NPC  then  enter  mitosis  with  damaged 
DNA, leading to MC, impaired cell proliferation and death. We will test whether PNKP relocalization and MC are 
specific for NPC or contemporary ZIKV strains, characterize the consequences for DNA repair and the cell cycle 
of  the  cytoplasmic  PNKP  localization,  and  identify  the  mechanisms  whereby  ZIKV  induces  this  PNKP 
relocalization. We will use standard traditional methodologies and newer techniques such as inducible human 
stem cells, high-­resolution confocal microscopy, next generation sequencing, and mass spectrometry to study 
DNA damage, DDR and the cell cycle in ZIKV-­infected NPC. We will challenge the hypothesis that ZIKV induced 
microcephaly  is  caused  by  targeting  PNKP,  an  essential  DNA  damage  repair  enzyme  directly  linked  to 
microcephaly.  We  will  learn  the  roles  of  DNA  damage  accumulation  due  to  inefficient  PNKP-­dependen...

## Key facts

- **NIH application ID:** 9852470
- **Project number:** 5R21NS111416-02
- **Recipient organization:** CORNELL UNIVERSITY
- **Principal Investigator:** Luis M. Schang
- **Activity code:** R21 (R01, R21, SBIR, etc.)
- **Funding institute:** NIH
- **Fiscal year:** 2020
- **Award amount:** $235,500
- **Award type:** 5
- **Project period:** 2019-02-01 → 2022-01-31

## Primary source

NIH RePORTER: https://reporter.nih.gov/project-details/9852470

## Citation

> US National Institutes of Health, RePORTER application 9852470, Ménage à trois - Zika virus, DNA damage responses and microcephaly; is PNKP the molecular link? (5R21NS111416-02). Retrieved via AI Analytics 2026-05-22 from https://api.ai-analytics.org/grant/nih/9852470. Licensed CC0.

---

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