泛素化修饰在减数分裂重组修复中的作用

程序性和非程序性DNA双链断裂起始于生理条件下的需求(如减数分裂重组)和外界的刺激(如离子辐射等).DNA的双链断裂会严重影响基因组的稳定性,因而需要恰当的处理并以一种可调控的方式加以修复.近期研究表明,蛋白质的泛素化修饰在DNA损伤反应以及减数分裂重组修复过程中发挥了重要作用.本文拟综述参与在同源重组依赖的DNA双链断裂修复过程中与泛素化相关的蛋白质以及一些蛋白质复合体在此过程中的作用及功能.     

组蛋白H2B单泛素化参与DNA损伤修复的调控机制

作为一种重要的组蛋白修饰形式,H2B的单泛素化(uH2B)广泛地参与DNA复制、基因的表达与转录、DNA损伤修复及异染色质维持等生物学事件.在裂殖酵母中,H2B的单泛素化发生在其羧基端的119位赖氨酸(K119),并依赖于Rhp6/Bre1泛素连接酶复合体.研究表明,uH2B通过破坏H2A/H2B二聚体的结构促进mRNA在转录过程中的延伸,同时促进H3K4的三甲基化激活基因的表达及参与DNA损伤修复.本研究发现,Rhp6能够对核糖核苷酸还原酶抑制基因(Spd1)位点进行活跃的染色质修饰,促进H2B的单泛素化并抑制基因表达,从而促进dNTP的合成并调控DNA复制及损伤修复.重要的是,本研究发现,该过程不依赖于H3K4而决定于H3K9的三甲基化.同时uH2B直接在DNA双链断裂位点富集,通过改变染色质的结构参与DNA损伤修复,该过程中可能存在其他更为复杂的分子机制.     

RNF8/RNF168信号通路在DNA损伤修复中的作用

细胞内DNA会受部分外界因素(如紫外辐射,电离辐射和化学毒素)和内部因素(如复制错误)的影响而发生损伤,包括DNA双链断裂、DNA错配和DNA交链等。DNA损伤发生后,损伤部位会被一些蛋白识别,进而招募一系列蛋白至损伤部位,形成一个修复系统。DNA双链断裂是最严重的一种DNA损伤,错误修复往往导致疾病的发生。DNA双链断裂(double strand break, DSB)后,细胞启动RNF8/RNF168信号通路进行修复。RNF8和RNF168是这条通路的枢纽蛋白;53BP和BRCA1是关键的效应蛋白,决定着DSB修复的方式;组蛋白泛素化、磷酸化和甲基化等翻译后修饰是这条通路顺利进行的基本条件;染色质重塑、泛素化酶/去泛素化酶平衡和蛋白稳定性是这条通路的主要调节方式。本综述对RNF8/RNF168信号通路进行了梳理总结,希望其能对相关研究者起到参考作用。     

表观遗传调控：基于染色质环境的DNA双链断裂修复

DNA双链断裂（DNA double-strand breaks, DSBs）是威胁基因组完整性和细胞存活的最有害的DNA损伤类型。同源重组（homologous recombination,HR）和非同源末端连接（non-homologous end joining,NHEJ）是修复DNA双链断裂的两种主要途径。DSB修复涉及到损伤部位修复蛋白的募集和染色质结构的改变。在DNA双链断裂诱导下,染色质结构的动态变化在时间和空间上受到严格调控,进而对DNA双链断裂修复过程进行精细调节。特定的染色质修饰形成利于修复的染色质状态,有助于DNA双链断裂修复机器的招募、修复途径的选择和DNA损伤检查点的活化;其中修复途径的选择对于基因组稳定性至关重要。修复不当或失败可导致基因组不稳定性,甚至促进肿瘤的发生。本文综述了染色质结构和染色质修饰的动态变化在DSB修复中的重要作用。此外,文章还总结了在癌症治疗中靶向关键染色质调控因子在基因组稳定性维持、肿瘤发生发展以及潜在临床应用价值等方面的进展。     

ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的作用

DNA双链断裂修复缺陷易导致细胞基因组稳定性失衡、细胞发生癌变或死亡。真核生物主要通过同源重组和非同源末端连接两条途径来修复双链断裂。近年来发现多种ATP依赖型的染色质重塑蛋白复合物,包括RSC、INO80、Fun30、SWI/SNF和SWR1,直接参与了DNA双链断裂修复过程。它们主要通过调控DNA损伤检查点激活、断裂末端剪切及组蛋白H2AZ-H2B/H2A-H2B置换等重要步骤发挥功能。现以酿酒酵母中的研究为重点,综述主要ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的功能及作用机制。     

靶向Rad51与肿瘤治疗的研究进展

DNA损伤反应在维持细胞基因组稳定性和机体存活发挥重要作用。DNA双链断裂(Double strand breaks,DSBs)是DNA损伤最严重的形式。同源重组修复是体内参与DSBs损伤修复的重要机制之一,其中Rad51是体内参与同源重组性DNA修复的关键因子。Rad51在人类的多种肿瘤组织中高表达,如乳腺癌、非小细胞肺癌、前列腺癌等,与肿瘤的转移和恶化相关。如何有效下调肿瘤组织中的Rad51的水平,降低肿瘤细胞的DNA损伤修复能力,从而提高肿瘤治疗的疗效具有潜在的临床应用价值。本文对近年来的一个研究热点靶向Rad51在肿瘤治疗研究中的应用进行综述。     

泛素/类泛素化调控DNA损伤修复机制研究进展

细胞对DNA损伤进行精确、高效修复的机制被称为DNA损伤应答机制,增殖细胞核抗原(PCNA)在DNA损伤修复机制中起着核心的作用。当细胞遭遇到DNA损伤时,PCNA通过泛素化及类泛素化的翻译后修饰对DNA修复过程进行调控。本文重点阐述DNA损伤修复的不同方式,以及泛素/类泛素化相关蛋白参与调控DNA损伤修复过程的研究进展,并分析了DNA损伤修复与机体的衰老和发育之间的密切关系,为研究DNA修复蛋白的缺失在相关疾病中的作用机制提供新思路。     

DNA双链断裂与同源重组修复机理研究进展

双链断裂（double strand breaks,DSBs)是细胞染色体复制过程中经常出现的DNA损伤,它的修复过程顺真核生物中以同源重组（homology recombination,HR)修复为主。正常机体中有着一系列的基因和蛋白及时修复复这些损伤,这些蛋白归属于RAD52上位性集团（RAD52epistasis group)。它们对细胞发挥功能和维持生存意义重大,近来国外研究十分活跃。     

范可尼贫血与泛素化

Fanconi贫血是一种罕见的隐性遗传性疾病,临床常以先天性畸形、进行性骨髓衰竭和遗传性肿瘤倾向为主要表现而确诊。FA病人细胞对DNA交联剂如丝裂霉素C (MMC)高度敏感。目前已经发现至少12种FA基因的缺失或突变能够引起FA表型的出现,其中10种相应的编码蛋白形成FA复合物共同参与FA/BRCA2 DNA损伤修复途径—FA途径。FA核心复合物蛋白FANCL具有泛素连接酶活性,在结合酶UBE2T共同作用下,催化下游蛋白FANCD2单泛化,泛素化FANCD2与BRCA2形成新的复合物,修复DNA损伤。去泛素化酶USP1在DNA修复完毕后移除FANCD2的单体泛素,使因损伤修复而阻滞的细胞周期继续进行。机体很可能在不同信号通路对FANCD2泛素化/去泛素化的精细调节下,调控FA途径参与不同的DNA修复过程。     

BRCA1与DSB修复路径取向

乳腺癌易感基因1(BRCA1)是一个肿瘤抑制基因.BRCA1参与DNA末端切除、细胞周期调控以及染色体修饰等来维护基因组的稳定性.有研究表明,它能够促进正确的DNA双链断裂(DSBs)修复,如同源重组修复(HDR)和经典的非同源末端连接(C-NHEJ);而抑制错误性的DSB修复,如单链退火修复(SSA)和非经典的末端连接(A-EJ);其机制是通过与某些DNA修复相关蛋白质的相互作用来引导DSB修复.目前,BRCA1在DSB修复通路中的作用机制尚未完全明确,仍有待进一步的研究.本文主要阐述BRCA1在DSB各修复通路中是如何发挥其引导作用的.     

细胞周期监控点蛋白Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70的相互作用研究

Rad9是一种重要的细胞周期监控点调控蛋白．越来越多的证据显示,Rad9也可与多种DNA损伤修复通路中的蛋白质相互作用,并调节其功能,在DNA损伤修复中发挥重要作用．非同源末端连接修复是DNA双链断裂的一条重要修复途径．Ku70、Ku80和DNA依赖的蛋白激酶催化亚基(DNA-PKcs)共同组成DNA依赖的蛋白激酶复合物(DNA-PK),在非同源末端修复连接中起重要作用．本研究中,检测到Rad9与Ku70有直接的物理相互作用和功能相互作用．我们在不同的细胞模型中发现,Rad9基因敲除、Rad9蛋白去除或Rad9表达降低会导致非同源末端连接效率明显下降．已有的研究表明,DNA损伤可导致细胞中Ku70与染色质结合增加及DNA-PKcs激酶活性增强．我们的结果显示,与野生小鼠细胞相比,Rad9基因敲除的小鼠细胞中, DNA损伤诱导的上述效应均减弱．综上所述,我们的研究首次报道了Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70间有相互作用,并提示Rad9可通过调节Ku70/Ku80/DNA-PKcs复合物功能参与非同源末端连接修复．     

细胞周期监控点蛋白Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70的相互作用研究（英文）

Rad9是一种重要的细胞周期监控点调控蛋白.越来越多的证据显示,Rad9也可与多种DNA损伤修复通路中的蛋白质相互作用,并调节其功能,在DNA损伤修复中发挥重要作用.非同源末端连接修复是DNA双链断裂的一条重要修复途径.Ku70、Ku80和DNA依赖的蛋白激酶催化亚基(DNA-PKcs)共同组成DNA依赖的蛋白激酶复合物(DNA-PK),在非同源末端修复连接中起重要作用.本研究中,检测到Rad9与Ku70有直接的物理相互作用和功能相互作用.我们在不同的细胞模型中发现,Rad9基因敲除、Rad9蛋白去除或Rad9表达降低会导致非同源末端连接效率明显下降.已有的研究表明,DNA损伤可导致细胞中Ku70与染色质结合增加及DNA-PKcs激酶活性增强.我们的结果显示,与野生小鼠细胞相比,Rad9基因敲除的小鼠细胞中, DNA损伤诱导的上述效应均减弱.综上所述,我们的研究首次报道了Rad9与非同源末端连接修复蛋白Ku70间有相互作用,并提示Rad9可通过调节Ku70/Ku80/DNA-PKcs复合物功能参与非同源末端连接修复.     

泛素载体蛋白Rad6在基因表达调控及DNA损伤修复中的作用

泛素化修饰是蛋白质的一种重要的翻译后水平修饰,而且有着多种不同的生物学功能,对蛋白质的结构与功能、基因表达调控以及蛋白质-蛋白质/其它分子相互作用等多个方面有着重要的调控作用。Rad6即是酵母中的一种重要的泛素载体蛋白。Rad6通过泛素化修饰多种靶蛋白在DNA的损伤修复中发挥着重要作用。文章重点讨论了Rad6在DNA损伤修复方面的功能以及在正常情况下对染色质结构和基因表达调控的影响。     

WRAP53 β调控DNA损伤修复进展

WRAP53β是一种具有WD40结构域的蛋白质,在维护卡哈尔体稳定、RNA剪接、端粒延伸等方面起着至关重要的作用.WRAP53β功能紊乱与先天性角化不良、肿瘤、进行性脊髓性肌萎缩、过早老化等疾病有关.近两年研究发现WRAP53β是DNA双链断裂修复(DSBs)的一个重要支架蛋白,它以一种依赖于ATM、H2AX、MDC1的方式被募集至损伤位点并磷酸化,其WD40结构域可募集泛素E3连接酶RNF8,将DSBs位点附近的组蛋白H2AX泛素化,促进下游修复因子的聚集,引起DNA损伤后的修复作用.为此,我们重点综述了现阶段WRAP53β在DNA损伤修复方面的具体作用及机制.     

耐辐射球菌DNA双链断裂修复机制研究新进展

耐辐射球菌对于电离辐射等DNA损伤剂具有极强的抗性,能够将同一个基因组中同时产生的高达100个以上的DNA双链断裂在数十小时内高效而精准地进行修复,是研究DNA双链断裂修复机制的重要模式生物。同源重组、非同源末端连接和单链退火途径作为3个主要的修复途径参与了耐辐射球菌基因组DNA双链断裂的修复过程。此外,一系列新发现的重要蛋白质,如Ppr I、Ddr B等对于耐辐射球菌基因组的修复过程同样至关重要。根据本实验室和国内外在这一研究领域近年来的报道,以不同的修复途径为线索,综述该菌DNA双链断裂修复机制的最新研究成果。     

组蛋白的类泛素化修饰与发育调控研究进展

泛素类泛素在真核生物体内广泛存在,依赖泛素化及类泛素化蛋白的翻译后修饰已经被证实参与很多细胞内的调控进程。组蛋白是染色质的主要成分之一,已经证实的组蛋白泛素类泛素翻译后修饰在基因转录、DNA损伤修复过程中起着重要作用。与组蛋白泛素化研究相比,仅发现很少的组蛋白类泛素化研究,其生理功能,特别是与其他疾病发生的联系还并不是很清楚。文章综述了组蛋白类泛素化修饰对基因转录及DNA损伤修复的调控,并展望了类泛素化修饰在发育调控中的重要作用,为组蛋白类泛素化修饰在生理功能中的研究作用提供思路。     

受PCNA翻译后修饰调控的DNA损伤耐受机制

为了应对DNA损伤复制阻滞,增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)164位点的赖氨酸残基能够发生一系列的泛素化修饰并介导两种不用的损伤耐受机制,即DNA跨损伤合成(TLS)和无错耐受通路。目前,单泛素化的PCNA介导DNA跨损伤合成通路,而多泛素化的PCNA介导无错耐受通路这一观点已被普遍认可。另外,PCNA的164位点还能被泛素类似物小蛋白(SUMO)修饰,从而抑制DNA双链断裂重组。总结PCNA的翻译后修饰及其在DNA损伤应答过程中的作用机制,有助于我们了解PCNA在DNA损伤耐受机制中的中心作用。重点总结PCNA的翻译后修饰如何调控真核生物DNA损伤应答的不同途径。     

DNA双链断裂修复的选择性调控机制

在各种DNA损伤中,DNA双链断裂(double-strand break,DSB)是最为严重的一种,快速准确地修复DSB对维持基因组稳定性起着至关重要的作用。真核生物细胞通过一系列复杂的信号转导途径激活对DSB的修复,其中最为重要的是同源重组和非同源末端连接机制。最近的研究表明,这两种方式在DSB修复的早期是相互竞争的关系,其选择在很大程度上受到53BP1及同源蛋白质的调控。将讨论53BP1作为DSB修复途径的核心因子,在染色质水平整合BRCA1、Ct IP等修复因子和多种组蛋白修饰构成的信号途径,介导同源重组和非同源末端连接通路选择的分子机制。     

8-氯腺苷诱导的组蛋白H3K79双甲基化促进NBS1和p21的基因转录激活

组蛋白H3第79位赖氨酸甲基化（H3K79me）修饰有单甲基、双甲基及三甲基3种形式,是常染色质的标志.然而,对于组蛋白H3K79三种甲基化各自在基因转录、DNA损伤修复中所起的作用尚不十分清楚.本研究以8-氯腺苷（8-Cl-Ado）为DNA双链断裂（DNA double-stranded breaks,DSB）诱导剂,采用Western 印迹,在人肺癌细胞H1299检测出了DNA修复分子NBS1、细胞周期检验点相关分子p21,并发现H3K79me1、H3K79me2和H3K79me3三种甲基化修饰的组蛋白明显增加;染色质免疫共沉淀结合实时定量PCR实验显示,只H3K79me2与DNA损伤检验点分子p21、DNA修复分子NBS1的启动子区域相结合,说明H3K79双甲基化修饰与这些基因的转录激活有关.结果提示,在8-氯腺苷引起 DSB时,是H3K79me2、而不是H3K79me1和H3K79me3参与NBS1和p21基因转录激活时的染色质重塑.8-氯腺苷诱导H3K79双甲基化增强、促进H3K79me2所在染色质区域的NBS1和p21基因转录激活可能是8-Cl-Ado抑制肿瘤细胞生长作用机制之一.     

锌指核酸酶技术在植物基因工程中的应用

锌指核酸酶(zinc finger nucleases,ZFNs)由3到4个锌指结构(zinc fingers,ZFs)和FokⅠ核酸内切酶的剪切结构域组成。锌指核酸酶(ZFNs)通过锌指结构(ZFs)与特异核酸位点结合,再利用FokⅠ的酶切作用切割DNA,引起特异位点DNA双链断裂(double strand break,DSB)。DNA双链断裂可以通过非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ) 或同源重组(homologous recombination,HR)来修复。在修复过程中实现对基因组DNA的靶向修饰。介绍了锌指核酸酶结构、人工构建途径,作用机理和试验步骤,重点综述了锌指核酸酶技术在植物基因工程的应用。