王嘉東課題組Molecular Cell發(fā)文揭示放射損傷修復(fù)調(diào)控新機(jī)制
染色體的完整性和遺傳信息的精準(zhǔn)傳遞對于細(xì)胞以及個(gè)體而言至關(guān)重要，而放射損傷所導(dǎo)致的DNA雙鏈斷裂會直接導(dǎo)致染色體的斷裂、丟失和重排，如不能及時(shí)修復(fù)則會導(dǎo)致細(xì)胞的死亡或者癌變。
MRN（MRE11/RAD50/NBS1）復(fù)合體在放射損傷修復(fù)通路中扮演著重要的角色，該復(fù)合體作為DNA損傷的“感應(yīng)器”最先識別DNA雙鏈斷裂的位點(diǎn)：一方面，MRN可以引起ATM磷酸化級聯(lián)反應(yīng)，激活細(xì)胞周期檢驗(yàn)點(diǎn)；另一方面，MRN作為具有催化活性的核酸酶，直接參與DNA損傷的修復(fù)過程。MRN中的任何一個(gè)成員的缺失和突變都會導(dǎo)致基因組的不穩(wěn)定性和疾病的發(fā)生，例如共濟(jì)失調(diào)-毛細(xì)血管擴(kuò)張樣疾病等。因此，MRN復(fù)合物的活性必須受到非常精確的調(diào)控。MRE11兼具核酸內(nèi)切酶和外切酶的活性。然而，在正常情況下，為了保護(hù)完整DNA免受核酸酶的切割，MRE11的活性是如何被限制的？以及在發(fā)生DNA雙鏈斷裂時(shí)，MRE11又是如何被釋放的？目前還不清楚。這也是困擾放射損傷修復(fù)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵科學(xué)問題之一。
2019年7月25日，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院王嘉東課題組在Molecular Cell期刊上發(fā)表了題為“C1QBP Promotes Homologous Recombination by Stabilizing MRE11/RAD50 and Controlling the Assembly and Activation of MRE11/RAD50/NBS1 Complex”的論文，揭示了C1QBP通過調(diào)控MRN影響放射損傷修復(fù)的新功能。
該項(xiàng)研究首先通過質(zhì)譜的方法尋找可能和MRN復(fù)合體相互作用的分子。有趣的是，C1QBP這個(gè)分子同時(shí)出現(xiàn)在了MRE11和RAD50的質(zhì)譜結(jié)果中，而沒有出現(xiàn)在NBS1的質(zhì)譜結(jié)果中，于是研究人員猜測細(xì)胞中可能存在一種獨(dú)立于MRN（MRE11/RAD50/NBS1）的新型復(fù)合體MRC（MRE11/RAD50/C1QBP）。細(xì)胞內(nèi)組分分離實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步研究證實(shí)了MRC復(fù)合體的存在。接下來，研究人員發(fā)現(xiàn)C1QBP通過結(jié)合MRE11的GAR結(jié)構(gòu)域抑制其結(jié)合DNA的能力，進(jìn)而限制其核酸外切酶活性。GAR結(jié)構(gòu)域富含甘氨酸和精氨酸，研究人員通過分析數(shù)據(jù)庫發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)域具有腫瘤相關(guān)突變位點(diǎn)R572Q和R576Q，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示這兩個(gè)位點(diǎn)的突變嚴(yán)重影響了C1QBP和MRE11之間的相互作用，提示MRE11和C1QBP之間的結(jié)合對于維持基因組的穩(wěn)定性和防止腫瘤的發(fā)生至關(guān)重要。
既然C1QBP在正常情況下抑制MRE11的核酸酶活性（防止MRE11過度切割DNA），那么在DNA損傷的情況下，C1QBP又是如何釋放MRE11進(jìn)而發(fā)揮作用的？研究人員運(yùn)用了以CPT為代表的可以誘導(dǎo)DNA損傷的藥物，發(fā)現(xiàn)在DNA損傷發(fā)生時(shí)，MRE11會和C1QBP迅速分離，而這一過程的發(fā)生取決于ATM對MRE11上兩個(gè)絲氨酸位點(diǎn)（S676和S678）的磷酸化。進(jìn)一步的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)表明，C1QBP在細(xì)胞行使DNA損傷修復(fù)的功能、耐受損傷誘導(dǎo)因子的刺激等方面發(fā)揮著重要的作用。
最后，研究人員提示C1QBP可以作為抗腫瘤治療的一個(gè)潛在作用靶點(diǎn)。研究人員發(fā)現(xiàn)MRE11和C1QBP在腫瘤組織中均表現(xiàn)為高表達(dá)，且存在相關(guān)性；數(shù)據(jù)庫分析也發(fā)現(xiàn)C1QBP的高表達(dá)和化療藥物Topotecan治療過的卵巢癌病人的不良預(yù)后相關(guān)聯(lián)。
總之，該研究揭示了C1QBP調(diào)控MRN復(fù)合體動態(tài)組裝、DNA損傷修復(fù)的具體分子機(jī)制（如圖所示）。一方面，C1QBP通過抑制MRE11的酶活，防止其對DNA的過度切割；另一方面，C1QBP又可以和MRE11/RAD50形成穩(wěn)定的復(fù)合體，以防止MRE11/RAD50通過蛋白酶體途徑降解。在發(fā)生DNA損傷時(shí)，C1QBP迅速釋放MRE11，這個(gè)過程取決于ATM激酶介導(dǎo)的MRE11的磷酸化。
北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院的2018級博士生白永泰、王維斌副研究員、2014級基礎(chǔ)八年制博士生李思煜和戰(zhàn)軍副教授為共同第一作者，北京大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院王嘉東研究員為通訊作者。北京大學(xué)羅建沅教授、張宏權(quán)教授，University of Texas Health Science Center的Patrick Sung教授，深圳大學(xué)許興智教授、朱衛(wèi)國教授對該研究給予了很大幫助。該研究得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國家自然科學(xué)基金，北京市自然科學(xué)基金以及北京大學(xué)等項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)資助。
文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.06.023
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