军事医学科学院Nature子刊揭示DNA修复新机制

　　

生物通报道  来自军事医学科学院放射与辐射医学研究所、美国梅奥诊所(Mayo Clinic)、华盛顿大学等处的研究人员证实，细胞周期依赖性BRCA1–UHRF1级联反应调控了DNA双链断裂修复信号通路的选择。这一研究发现发布在1月5日的《自然通讯》（Nature Communications）杂志上。

军事医学科学院放射与辐射医学研究所北京蛋白质组研究中心的裴华东（Huadong Pei）研究员及楼振昆(Zhenkun Lou)教授是这篇论文的共同通讯作者（延伸阅读：军事医学科学院Cell子刊揭示DNA修复新机制 ）。

DNA双链断裂(DSBs)严重危害了细胞活力和基因组稳定性。正确修复染色体DSBs对于维持基因组稳定性，防止肿瘤发生至关重要。在真核细胞中，非同源末端连接(NHEJ)和同源重组(HR)是介导DSBs修复的两个关键信号通路。启动这些过程受到严密的调控，异常信号激活会导致基因组不稳定。NHEJ是通过重新连接断裂DNA末端来修复DSBs。没有利用同源模板来指导修复，NHEJ有效但容易出错及突变。HR利用了姐妹染色单体中的同源序列来作为模板，启动修复合成及恢复染色体完整性，被视作是一种无错误的DSB修复机制。

在细胞周期过程中HR和NHEJ之间的选择受到严格地调控。NHEJ在整个细胞周期过程中发挥功能，而HR主要发生于细胞周期中存在姐妹染色体的S和G2期。在G1期，由于无法利用姐妹染色体，且DNA末端切除受到抑制，NHEJ是唯一的选择。在S期细胞中，DSB末端切除可导致启动HR。因此，修复信号通路选择从NHEJ切换至HR。53BP1和BRCA1在这一过程中发挥相反的作用。近期的一些研究揭示，在G1期细胞中53BP1可通过招募下游效应因子RIF1，阻止BRCA1 DSB位点重定位，促进了NHEJ。

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在G1期，RIF1通过与磷酸化53BP1互作聚集在DSB位点，阻止了5′末端切除并促进了NHEJ。在缺乏RIF1的情况下，DSBs被过度切除，细胞显示G1特异性电离辐射高度敏感性。与之相反，在S期细胞中，RIF1以一种BRCA1依赖性方式从DSB位点移除，这对于启动HR至关重要。在这种情况下，在S期BRCA1通过从DSBs位点除去RIF1促进了HR。

E3泛素连接酶UHRF1是一个重要的表观遗传调控因子。一些研究揭示破坏UHRF1功能可导致对DNA损伤高度敏感，表明UHRF1在维持基因组稳定性中起关键作用。但当前对于UHRF1在DNA修复选择中的作用仍不清楚。

在这篇文章中，研究人员证实UHRF1直接参与了BRCA1和53BP1之间的互作。机制研究揭示，在S期BRCA1将UHRF1招募到DSBs处，BRCA1的BRCT结构域及UHRF1磷酸化Ser674是其必要条件。随后，UHRF1介导RIF1 K63多聚泛素化，导致了RIF1与53BP1和DSBs分离，由此促进启动了HR。

这些结果表明，UHRF1是DSB修复信号通路选择的一个关键调控因子，这独立于它在异染色质形成和表观遗传调控中所起的作用。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A cell cycle-dependent BRCA1–UHRF1 cascade regulates DNA double-strand break repair pathway choice

BRCA1 is an important mediator of the DNA damage response, which promotes homologous recombination (HR) and antagonizes 53BP1-dependent non-homologous end joining in S/G2 phase. But how this is achieved remains unclear. Here, we report that the E3 ubiquitin ligase UHRF1 (Ubiquitin-like, with PHD and RING finger domains 1) directly participates in the interplay between BRCA1 and 53BP1. Mechanistically, UHRF1 is recruited to DNA double-strand breaks (DSBs) by BRCA1 in S phase, which requires the BRCT domain of BRCA1 and phosphorylated Ser674 of UHRF1. Subsequently, UHRF1 mediates K63-linked polyubiquitination of RIF1, and results in its dissociation from 53BP1 and DSBs thereby facilitating HR initiation. Thus, UHRF1 is a key regulator of DSB repair choice, which is separate from its role in heterochromatin formation and epigenetic regulator.

作者简介：

裴华东

军事医学科学院放射与辐射医学研究所研究员,北京蛋白质组研究中心DNA损伤修复研究课题组长、博士生导师,国家“青年****”入选者及“北京市青年海聚人才计划”资助对象
 
研究方向：
主要利用生化与分子遗传学技术，从事DNA损伤修复应答与基因组不稳定性及肿瘤成因分子机理研究。近年来又开展了肿瘤细胞代谢调控研究。以第一作者或者通讯作者在Nature，Cancer Cell 等杂志发表论文10余篇，他引逾300次。