藥學(xué)院高祥團(tuán)隊(duì)揭示ADP核糖基化修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的新機(jī)制
近日，廈門大學(xué)藥學(xué)院高祥副教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合浙江大學(xué)陸華松研究員團(tuán)隊(duì)及加州大學(xué)伯克利分校周強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，在Nature子刊《自然?細(xì)胞生物學(xué)》（Nature Cell Biology）雜志在線發(fā)表了題為 “Poly(ADP-ribosylation) of P-TEFb by PARP1 disrupts phase separation to inhibit global transcription upon DNA damage” 的研究論文，揭示了ADP核糖基化修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)DNA損傷后PARP1介導(dǎo)的多聚腺苷二磷酸核糖基化修飾(Poly-ADP-ribosylation, PARylation)可以破壞P-TEFb亞基CycT1相分離（Phase Separation），進(jìn)而抑制細(xì)胞整體轉(zhuǎn)錄。
細(xì)胞發(fā)生DNA損傷時(shí)會(huì)迅速下調(diào)轉(zhuǎn)錄以阻止錯(cuò)誤信息的傳遞，從而維持基因組的穩(wěn)定性，但RNA 聚合酶Pol II轉(zhuǎn)錄延伸的有效暫停機(jī)制尚不清楚。該研究利用組學(xué)質(zhì)譜技術(shù)從蛋白質(zhì)翻譯后修飾的角度系統(tǒng)鑒定了DNA損傷過程中P-TEFb的ADP核糖基化修飾，進(jìn)而調(diào)控Pol II的CTD區(qū)域“YSPTSPS”七肽重復(fù)序列的磷酸化修飾程度，揭示了DNA損傷后基因轉(zhuǎn)錄沉默的新機(jī)制。值得注意的是，蛋白質(zhì)ADP核糖基化修飾與磷酸化修飾的結(jié)構(gòu)中均包含磷元素，凸顯了磷元素作為生命過程基本元素的關(guān)鍵作用。
圖1. CycT1的多聚ADP-核糖基化修飾調(diào)控DNA損傷后的轉(zhuǎn)錄沉默機(jī)制示意圖
蛋白的ADP核糖基化修飾發(fā)揮著多種重要的生物功能，如DNA損傷與修復(fù)、細(xì)胞應(yīng)激和免疫反應(yīng)、衰老過程、腫瘤代謝等。然而，蛋白ADP核糖基化修飾的高度異質(zhì)性、動(dòng)態(tài)變化、含量低以及修飾本身的不穩(wěn)定性等因素，使ADP核糖基化修飾的分析極具挑戰(zhàn)。該研究依托廈門大學(xué)生物醫(yī)學(xué)儀器共享平臺(tái)完備的組學(xué)質(zhì)譜設(shè)備，對(duì)樣品富集制備方法及質(zhì)譜測(cè)試參數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，比較了多種肽段測(cè)序裂解模式的差異，如HCD、CID及ETD（電子遷移裂解）等，建立了一套能夠無偏差鑒定ADP核糖基化修飾位點(diǎn)的工作流程，主要包括修飾肽段的富集、PARG修剪、二級(jí)質(zhì)譜ETD裂解等關(guān)鍵步驟。高可信度鑒定CycT1上的12個(gè)ADP核糖基化修飾位點(diǎn)，特別是發(fā)現(xiàn)較為少見的組氨酸殘基ADP核糖基化的直接修飾。上述質(zhì)譜分析流程將為不同生命過程中ADP核糖基化修飾的相關(guān)研究提供了重要參考。
圖2. 蛋白ADP核糖基化修飾的質(zhì)譜分析策略
廈門大學(xué)藥學(xué)院培養(yǎng)的博士生劉榮雕為論文共同第一作者，高祥副教授、陸華松研究員及周強(qiáng)教授為論文共同通訊作者。該工作得到了廈門南方海洋研究中心及國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-022-00872-5
（圖文：藥學(xué)院）
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