细胞内的正常代谢活动会引起DNA损伤,这个速率是每个细胞每天50,000至500,000处分子损害,如果一个关键的癌症相关基因受到未修复的损伤将给机体带来灾难性的后果,因此DNA损伤一直以来也是癌症研究的一个重要方面。来自耶鲁大学医学院治疗放射学系,麻省理工癌症研究中心,Mayo临床医学院(Mayo Clinic College of Medicine),密歇根大学医学院等处的研究人员发现了一个新的DNA损伤应答蛋白,这个蛋白介导了许多信号途径,在细胞对于遗传毒性压力的应答方面扮演着一个关键的角色。这对于深入理解DNA损伤信号途径,以及癌症研究等方面具有重要的意义。
这一研究成果公布在最新一期的《Cell》杂志上,文章的通讯作者是来自耶鲁大学医学院的陈俊杰教授,其早年毕业于复旦大学遗传与遗传工程系。
以DNA为模板按碱基配对进行DNA复制是一个严格而精确的事件,但也不是完全不发生错误的。碱基配对的错误频率约为10-1-10-2,在DNA复制酶的作用下碱基错误配对频率降到约10-5-10-6,复制过程中如有错误的核苷酸参入,DNA聚合酶还会暂停催化作用,以其3’→5’外切核酸酶的活性切除错误接上的核苷酸,然后再继续正确的复制,这种校正作用广泛存在于原核和真核的DNA聚合酶中,可以说是对DNA复制错误的修复形式,从而保证了复制的准确性。
目前对真核细胞的DNA修复的反应类型、参与修复的酶类和修复机制了解还不多,但DNA损伤修复与细胞突变、寿命、衰老、肿瘤发生、辐射效应、某些毒物的作用都有密切的关系。人类遗传性疾病已发现4000多种,其中不少与DNA修复缺陷有关,这些DNA修复缺陷的细胞表现出对辐射和致癌剂的敏感性增加。
在体内,DNA损伤信号利用了许多翻译后修饰作为分子开关,用于细胞周期检测点,DNA修复,细胞衰老和程序性死亡的调控。虽然在这一方面进行的研究很多,但是科学家们仍然对于DNA损伤应答没有获得细致深入的了解。
在这篇文章中,研究人员发现RNF8——一个FHA/RING结构域包含蛋白,在早期DNA损伤应答中扮演着一个关键的角色。他们在获得了FHA结构域结构的X射线晶体结构(1.35 Å)之后,经分析发现RNF8有利于检测点介导蛋白BRCA1和53BP1在损伤染色体上的积累,这主要通过两个方面,一方面是磷酸依赖性FHA位点介导的RNF8结合到MDC1上,另一方面则是通过RNF8在H2AX及其它损伤位点底物的泛素化过程中的作用。
而且研究人员也发现RNF8敲除的细胞存在G2/M检测点缺陷,并且IR敏感性增加。总而言之,这些研究结果都说明RNF8是一种新DNA损伤应答蛋白,介入了蛋白磷酸化及泛素信号途径,在细胞对于遗传毒性压力的应答方面扮演着一个关键的角色。
原始出处:
Cell, Vol , Issue
Article
RNF8 Transduces the DNA-Damage Signal via Histone Ubiquitylation and Checkpoint Protein Assembly
Michael S.Y. Huen,1,5 Robert Grant,2,5 Isaac Manke,2 Kay Minn,3 Xiaochun Yu,4, Michael B. Yaffe,2, and Junjie Chen1,
1 Department of Therapeutic Radiology, Yale University School of Medicine, New Haven, CT 06520, USA
2 Center for Cancer Research, Departments of Biology and Biological Engineering, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA 021329, USA
3 Department of Oncology Research, Mayo Clinic College of Medicine, Rochester, MN 55905, USA
4 Division of Molecular Medicine and Genetics, Department of Internal Medicine, University of Michigan Medical School, Ann Arbor, MI 48109, USA
Corresponding author
Xiaochun Yu
xiayu@med.umich.edu
Corresponding author
Michael B. Yaffe
myaffe@mit.edu
Corresponding author
Junjie Chen
junjie.chen@yale.edu
DNA-damage signaling utilizes a multitude of posttranslational modifiers as molecular switches to regulate cell-cycle checkpoints, DNA repair, cellular senescence, and apoptosis. Here we show that RNF8, a FHA/RING domain-containing protein, plays a critical role in the early DNA-damage response. We have solved the X-ray crystal structure of the FHA domain structure at 1.35 Å. We have shown that RNF8 facilitates the accumulation of checkpoint mediator proteins BRCA1 and 53BP1 to the damaged chromatin, on one hand through the phospho-dependent FHA domain-mediated binding of RNF8 to MDC1, on the other hand via its role in ubiquitylating H2AX and possibly other substrates at damage sites. Moreover, RNF8-depleted cells displayed a defective G2/M checkpoint and increased IR sensitivity. Together, our study implicates RNF8 as a novel DNA-damage-responsive protein that integrates protein phosphorylation and ubiquitylation signaling and plays a critical role in the cellular response to genotoxic stress.