揭秘APE1:DNA单链断裂直接激活ATM信号的新发现

众所周知，ATM信号是由DNA双链断裂激活的，而这项研究提供了新的证据，证明在真核系统中，ATM信号是由DNA单链断裂直接激活，并由APE1激活和调节的。

　　

一组基因组科学家和DNA损伤反应专家的新研究为了解目前在癌症治疗临床试验中受到限制的蛋白质的功能开辟了新的领域。

由北卡罗来纳大学夏洛特分校Yan实验室的Haichao Zhao博士领导的这项新研究显示了DNA单链断裂(SSBs)如何诱导ATM介导的信号传导以进行DNA损伤修复-阐明了ssb诱导的ATM激酶的独特机制，并揭示了APE1功能的重要意义。

在今天发表在《自然通讯》上的这项新研究中，研究人员展示了他们使用基于质粒的SSB结构来检测APE1在DNA损伤反应(DDR)信号通路中的关键作用。在其他发现中，该出版物详细说明了SSB在ATR之前诱导ATM激活，在DNA试图进行修复时暂时阻止细胞周期进程。该研究的核心意义在于，研究小组发现了APE1(一种多功能酶)在ssb诱导的ATM DDR信号传导中发挥积极作用的直接证据。

研究人员写道:“我们证明，APE1通过至少两种机制促进SSB诱导的ATM DDR: APE1外切酶活性介导的SSB加工和APE1介导的ATM直接募集到SSB。”

在Yan实验室之前在北卡罗来纳大学夏洛特分校的工作的基础上，这些发现是我们对SSB DNA修复和细胞反应的理解向前迈出的一大步，并可能有助于未来一系列人类疾病的治疗抑制剂选择，如癌症和心力衰竭。

北卡罗来纳大学夏洛特分校生物科学系副教授Shan Yan博士说:“这些发现将在未来几年影响该领域。”

“我们已经改变了对ATM信号如何被激活的理解，”Yan说。

作者表示，这项研究可能会支持未来的临床试验——既可以攻击癌细胞和其他危及生命的疾病，也可以在治疗期间保护非恶性细胞。

“我们掌握的关于DNA损伤(和修复)的数据或信息越多，我们就越有可能为癌症患者开发出更好的治疗方法”。

DNA损伤反应是一种进化途径，旨在保持基因组完整性，因为人类细胞受到几乎持续不断的攻击，无论是内部还是外部因素。DNA损伤通常会触发DDR——这是一个“级联”信号，正如该研究所说，包括转录激活、修复和细胞周期阻滞。

虽然DNA损伤修复研究在细胞对双链断裂(DSBs)的反应方面已经建立得更加完善，但赵和严说，关于双链断裂的知识差距仍然存在。特别是，Yan说，分子生物学家几乎没有直接证据证明APE1在SSB位点的精确功能。

Zhao指出，过去，研究人员普遍认为对功能性DSB的研究更为紧迫，因为这种类型的DNA损伤与癌症密切相关。然而，SSBs可能预示着更致命的双链损伤的发展。此外，SSB损伤发生的频率要高得多——在人体细胞中每天超过10,000次。在每种情况下，修复机制都必须发生以保护基因组的完整性。随着时间的推移，SSBs的积累被认为有助于或导致癌症和疾病。

赵说，SSB研究的突破为未来对“上游”健康风险的转化和临床反应提供了潜力。

Zhao等人的研究首次明确确立了APE1作为ATM激酶的直接激活剂促进单链DNA损伤修复的功能。该研究还提供了直接证据，证明atm依赖的DDR途径是由特定DNA结构的SSB激活的。

此外，北卡罗来纳大学夏洛特分校的研究提出了一个有趣的问题，即在没有DNA的情况下，APE1过表达是否能够持续激活ATM。该团队提出了这个问题，指出研究HSS系统中APE1寡聚-在体外证明了直接的ATM激酶刺激。

从这项研究中，研究人员提出了未来实验的案例:“APE1过表达诱导的atm介导的DDR信号的潜在作用是什么?APE1经常在癌细胞中过度表达，并与癌症患者的总生存率低有关。”

在Yan实验室，研究人员利用雌性非洲爪蟾(Xenopus laevis)的卵生产高速上清(HSS)卵提取物，随后引入大肠杆菌纯化的质粒DNA结构。然后，研究人员在HSS中培养不同浓度的SSB和对照质粒。因此，研究表明，APE1“在SSB信号传导的早期阶段被招募到SSB质粒上”。研究表明，ATM是由ssb激活的。

研究人员写道:“ATM和ATR DDR通路都是癌症等疾病临床试验的目标，这凸显了ATM和ATR如何被激活以维持基因组稳定性的基本机制研究的重要性。”