染色質環境下DNA雙鏈斷裂修復調控機制

《染色質環境下DNA雙鏈斷裂修復調控機制》是依託同濟大學，由毛志勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：染色質環境下DNA雙鏈斷裂修復調控機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：毛志勇
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

正確修復DNA雙鏈斷裂可防止細胞內重要遺傳信息丟失，進而避免細胞癌化或者老化。儘管負責修復此種損傷的兩條通路-非同源末端連線和同源重組的機制已經被廣泛研究，但是由於缺少合適的研究方法，這兩種修復通路在染色質環境下如何被調控尚未被深入探索。申請者課題組發展了在同一基因組位點同時檢測非同源末端連線和同源重組的報告系統，並構建了15株在不同基因組位置整合了單拷貝載體的報告細胞系。基於該獨特的研究系統，申請人計畫研究：（1）核小體密度以及特定組蛋白修飾與雙鏈斷裂修復效率以及精確性是否存在相關性；（2）DNA雙鏈斷裂損傷發生時相關蛋白調控核小體密度從而影響DNA雙鏈斷裂修復的分子機制；（3）DNA雙鏈斷裂發生時相關表觀遺傳因子及其它蛋白調控組蛋白修飾從而影響DNA雙鏈斷裂修復分子機制。

結題摘要

DNA雙鏈斷裂損傷是最為嚴重的一種DNA損傷，錯誤或者不能夠修復此類損傷可導致細胞衰老及腫瘤細胞的發生。細胞發展了兩種獨立但是競爭的修復通路——同源重組（HR）以及非同源末端連線（NHEJ）——完成這類損傷的修復，但是真核生物中DNA通常為核小體所包裹，在染色質環境下雙鏈斷裂損傷修復如何完成的分子機制尚未被深入闡述。在該項目中，我們為了回答該科學問題，首先建立了能在基因組同一位置同時檢測HR和NHEJ效率的報告系統，並通過多種手段證明了該系統能夠正確反映HR和NHEJ修復效率。利用該報告系統，我們建立了15株整合了報告系統的永生化的人成纖維細胞系，並基於該細胞系，我們發現了HR而非NHEJ效率與其所在染色質位置的核小體密度呈現負相關。後續研究提示PARP1直接參與DNA雙鏈斷裂損傷修復且其調控步驟在DNA損傷應答和末端重排之間，因此我們推測其能夠影響核小體密度進而調控HR修復。進一步機制研究提示PARP1確實可通過調控核小體密度進而促進HR修復。質譜分析實驗數據提示PARP1在DNA損傷發生後形成的PAR鏈可與具備ATPase酶活活性的染色質重塑因子BRG1以及去乙醯化酶SIRT1存在潛在相互作用。深入的機制研究發現PAR鏈能夠與BRG1的ATPase區域互作促進其招募至損傷位點，其亦能通過與SIRT1的ZnF區域結合促進SIRT1到達DNA損傷位點。在DNA損傷位點SIRT1能夠去乙醯化BRG1的1029和1033位點的賴氨酸，從而提升BRG1的ATPase酶活活性，促進DNA損傷位點核小體密度的鬆散，進而提高HR修復效率。相關工作為PARP1抑制劑套用於治療具有完整HR修復能力的腫瘤奠定了理論基礎。