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染色质重塑酶SRCAP促进同源重组修复的分子机制

董顺利  
【摘要】:我们每个细胞的基因组DNA每天要遭受来自细胞内外大约十万次的各种损伤,其中DNA双链断裂(Double-strand breaks, DSBs)是最具威胁的DNA损伤类型,如果不修复或不准确修复,将导致细胞凋亡、突变累积、基因组不稳定和肿瘤的发生。因此细胞衍生了同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ)来应对DSB损伤的威胁,其中HR修复依赖于同源DNA模板是一种高保真的修复方式,而NHEJ可在没有同源模板的情况下直接将断裂的两个DNA末端连接起来,是一种错误倾向的修复机制,因此HR在维持基因组稳定过程中起着至关重要的作用。HR修复途径的起始取决于DSB末端是否切割产生3'ssDNA。在脊椎动物中,MRE11-RAD50-NBS1(MRN)复合物和CtIP共同协作发起DSB末端5'→3'ssDNA的切割,然而基因组DNA都处于以核小体为基本单位的染色质紧密折叠结构中,DNA的这种组织结构是DSB末端切割的天然屏障,这也就使得染色质重塑因子介导的结构改造成为有效发起DSB末端切割的重要步骤,但目前对于DSB末端切割发起过程起作用的染色质重塑因子还知之甚少。SRCAP是属于IN080家族的ATP依赖的染色质重塑酶,SRCAP突变是导致Floating-Harbor syndrome的主要原因,但SRCAP在DNA损伤修复中的功能至今不清楚,因此我们猜想SRCAP是否可能通过染色质重塑参与DSB修复过程。 首先我们验证了SRCAP是否直接参与DSB修复过程,结果显示SRCAP敲减显著降低DSB损伤细胞的存活率和修复效率,进一步实验表明SRCAP能迅速被招募至DSB损伤位点直接参与修复过程。DSB损伤主要通过HR和NHEJ修复完成,利用HR报告分析系统和HR修复核心重组酶RAD51在DSB位点的招募实验,我们发现SRCAP敲减显著抑制HR修复和RAD51的招募,因此SRCAP促进DSB修复通过HR。DSB末端切割决定了HR修复过程的发起,因此我们首先验证SRCAP缺失是否影响DSB末端切割,结果显示SRCAP敲减显著抑制DSB末端切割产生3'ssDNA,而切割产生的3'ssDNA也是ATR/CHK1介导的细胞周期检验点激活的重要信号,所以我们发现SRCAP敲减后CPT和IR诱导的CHK1和RPA2磷酸化激活受阻。因此SRCAP通过促进DSB末端切割起始HR修复,同时通过促进ATR依赖的细胞周期检验点激活引起细胞周期阻滞给HR修复赢得了时间。 DSB末端切割由MRN复合物和CtIP共同协作发起,为了解析SRCAP促进DSB的末端切割的具体机制,我们首先检查SRCAP敲减对MRN复合物和CtIP在损伤位点招募的影响,多方面的结果表明SRCAP敲减显著抑制CtIP在DSB位点的招募,但对NBS1的招募没有影响,因此SRCAP通过促进CtIP招募发起DSB末端切割。接下来我们进一步探讨SRCAP促进CtIP招募的可能机制,免疫共沉淀实验结果显示SRCAP和CtIP存在较好的相互作用。进一步实验表明CtIP蛋白上(36-50aa)的SRCAP结合序列缺失导致CtIP在DSB位点招募和切割的缺陷,因此SRCAP通过直接结合招募CtIP行使DSB末端切割功能。 另外SRCAP是一个ATP依赖的染色质重塑酶,因此我们猜想SRCAP介导的ATP依赖的染色质重塑可能是它促进CtIP招募的另一分子机制,结果显示SRCAP敲减使细胞染色质处于更紧密的折叠状态,我们发现用染色质松弛药物处理SRCAP敲减细胞能使染色质结构恢复正常折叠状态,有意思的是染色质松弛药物也使CtIP招募的缺陷得到部分回复。进一步基因回补拯救实验表明SRCAP的ATP酶活性对染色质紧密折叠结构的松弛和CtIP的招募都是必需的,因此SRCAP介导ATP依赖的染色质重塑是其促进CtIP招募的另一分子机制。 综上所述,当DSB发生时,SRCAP能快速招募至DNA断裂位点,并以两种机制促进CtIP的招募发起DSB末端切割过程,一方面通过ATP依赖的染色质重塑介导的染色质松弛,另一方面通过与断裂末端切割蛋白CtIP的直接结合,从而促进ATR/CHK1细胞周期检验点的激活和同源重组修复的起始。


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