清华大学教授Cell Research发表新成果

　　

生物通报道  来自清华大学医学院、南加州大学Keck医学院的研究人员证实，MutSβ通过招募DNA聚合酶β(Polβ)至新生(CAG)n或(CTG)n发夹处完成易于出错的DNA合成促进了三核苷酸重复序列扩增。这一研究成果发布在6月3日的《Cell Research》杂志上。

领导这一研究的是清华大学医学院基础医学系****李国民（Guo-Min Li）教授。 李国民教授系国际知名生物化学家、著名DNA损伤与修复专家，多年来一直致力于DNA损伤修复与癌症发生发展的研究并主持多项NIH R01，其研究成果在《Cell》、《Science》 和《PNAS》等国际顶级刊物上发表，为探讨癌症的起因与治疗奠定了坚实的科学依据。

2013年，李国民教授揭示了表观遗传修饰调控人类DNA修复的一种独特的新机制。这一研究发现或可解释某些形式的大肠癌从前未知的根源。研究论文发表在4月25日的Cell杂志上(****Cell揭示癌症表观遗传新机制)。

三核苷酸重复序列(TNR)扩增可导致一些家族性神经障碍、神经退行性疾病和神经肌肉疾病，包括亨廷顿氏病、1型强直性肌营养不良和脆性X综合征。亨廷顿氏病患者是从父母处继承了一个具有大量CAG三核苷酸重复序列的基因，导致生成一种异常形式的huntingtin (HTT)蛋白(Nature子刊解开亨廷顿舞蹈病致病蛋白为祸之谜 )。脆性X综合征患者则是由于FMR1基因出现三核苷酸CGG重复扩增次数异常所致。尽管开展了广泛的研究，当前尚不完全清楚引起TNR扩增的分子机制(一个SNP可引发脆性X综合征 )。

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人们已提出了几种模型来解释这一过程。鉴于(CAG)n and (CTG)n序列可在体外形成稳定的发夹，一种获得支持的模型认为在DNA复制和修复过程中新生DNA链中形成发夹导致了TNR扩增。在近期，李国民课题组证实Polδ和Polβ是DNA复制和修复过程中发夹介导的(CAG)n•(CTG)n扩增的必要条件。仅Polδ会利用它的3′-5′校正活性来除去这一发夹结构，但当存在Polβ时Polδ会倾向促进发夹保留。这是因为Polβ可以利用这一发夹结构作为DNA合成的引物，Polδ有效扩展包含发夹的结构，导致(CAG)•(CTG)重复序列扩增。

DNA错配修复（MMR）是纠正在DNA复制过程中生成的碱基与碱基错配及小插入-缺失错配的一个至关重要的基因组维护系统。令人惊讶地是，这一众所周知的基因组维护系统的一些关键组件，尤其是MutSβ和MutLα参与了(CAG)•(CTG)重复序列扩增。除了识别小插入-缺失错配，MutSβ还特异性结合了(CAG)n•(CTG)n序列内形成的DNA发夹不完全异源双链核酸分子。但目前还不清楚MutSβ结合是否触发了(CAG)•(CTG)序列扩增及相关机制。

在这篇文章中，研究人员证实纯化的重组MutSβ在物理上与Polβ发生互作，促进了Polβ催化 的(CAG)n or (CTG)n发夹保留。与这些体外观察结果相一致，他们证实在体内DNA复制过程中MutSβ与Polβ彼此互作，定位在(CAG)•(CTG)重复序列上。他们的研究数据支持了在DNA复制和/或修复过程中MutSβ和Polβ介导易于出错地加工(CAG)n或(CTG)n发夹这一模型：MutSβ识别新生DNA链中形成的(CAG)n或(CTG)n发夹，招募Polβ到这一复合物处，随后Polβ利用这一发夹作为扩增的引物，导致了(CAG)•(CTG)重复序列扩增。

这些研究揭示出了在分裂及非分裂细胞中三核苷酸重复序列扩增的一个新机制。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

MutSβ promotes trinucleotide repeat expansion by recruiting DNA polymerase β to nascent (CAG)n or (CTG)n hairpins for error-prone DNA synthesis

Expansion of (CAG)•(CTG) repeats causes a number of familial neurodegenerative disorders. Although the underlying mechanism remains largely unknown, components involved in DNA mismatch repair, particularly mismatch recognition protein MutSβ (a MSH2-MSH3 heterodimer), are implicated in (CAG)•(CTG) repeat expansion. In addition to recognizing small insertion-deletion loop-outs, MutSβ also specifically binds DNA hairpin imperfect heteroduplexes formed within (CAG)n•(CTG)n sequences. However, whether or not and how MutSβ binding triggers expansion of (CAG)•(CTG) repeats remain unknown. We show here that purified recombinant MutSβ physically interacts with DNA polymerase β (Polβ) and stimulates Polβ-catalyzed (CAG)n or (CTG)n hairpin retention. Consistent with these in vitro observations, MutSβ and Polβ interact with each other in vivo, and colocalize at (CAG)•(CTG) repeats during DNA replication. Our data support a model for error-prone processing of (CAG)n or (CTG)n hairpins by MutSβ and Polβ during DNA replication and/or repair: MutSβ recognizes (CAG)n or (CTG)n hairpins formed in the nascent DNA strand, and recruits Polβ to the complex, which then utilizes the hairpin as a primer for extension, leading to (CAG)•(CTG) repeat expansion. This study provides a novel mechanism for trinucleotide repeat expansion in both dividing and non-dividing cells.