FTO 抑制 PARP1 调控 DNA 修复机制：解锁细胞基因组稳定新密码

在细胞的生命活动中，DNA 损伤修复对维持基因组完整性至关重要，但 FTO 在 DNA 修复中的作用机制不明。为解决此问题，研究人员开展 FTO 与 DNA 修复关系的研究，发现 FTO 可抑制 PARP1，负向调控 DNA 损伤反应，这为理解 FTO 功能及相关疾病治疗提供新视角。

　　在细胞的微观世界里，DNA 时刻面临着来自内外部各种因素的 “攻击”，就像城堡的城墙不断遭受敌人的侵袭。为了维持基因组的完整性，细胞进化出了一套精密的防御机制 ——DNA 损伤反应（DDR）。在这个过程中，多聚（ADP - 核糖）聚合酶 1（PARP1）起着至关重要的作用，它能迅速被招募到 DNA 损伤位点，启动修复工作。然而，PARP1 的激活在正常情况下是如何被精准调控的，一直是个未解之谜。同时，脂肪量和肥胖相关蛋白（FTO）作为一种 RNA 去甲基化酶，其在 DDR 中的具体作用机制也模糊不清。这些未知就像一团迷雾，笼罩着细胞基因组稳定的研究领域，严重阻碍了人们对相关疾病发生发展机制的理解和治疗手段的开发。

为了驱散这团迷雾，来自澳大利亚昆士兰大学等多个研究机构的研究人员携手开展了一项深入研究。他们的研究成果发表在《Nature Communications》上，为揭开 FTO 与 DNA 修复之间的神秘关系提供了关键线索。

研究人员运用了多种技术方法来探索这一复杂的生物学过程。在确定 FTO 在 DDR 中的作用时，使用了 CRISPR/Cas - 9 技术构建 FTO 基因敲除（KO）细胞系，包括 HeLa、U2OS 和 HCT116 细胞系；通过生物素化抗体识别（BAR）标记技术结合基于细胞培养中氨基酸稳定同位素标记（SILAC）的质谱（MS）分析，鉴定 FTO 近端相互作用组；利用激光微照射和 GFP - PARP1 招募实验，观察 PARP1 向 DNA 损伤位点的招募情况等。

研究结果如下：

1. FTO 缺失促进紫外线（UV）诱导的 DNA 修复：研究人员通过量化 FTO KO HeLa 细胞中由 UV 暴露引起的主要 DNA 损伤 —— 环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）水平，发现 FTO KO 细胞的 CPDs 水平显著降低。同时，免疫染色和蛋白质免疫印迹分析显示，FTO KO 细胞中 DNA 双链断裂标记 γH2A.X 的水平也低于野生型（WT）HeLa 细胞。这表明 FTO 抑制了 UV 诱导的 DNA 损伤修复。在 U2OS 和 HCT116 细胞系中进行验证，也得到了类似的结果。此外，FTO KO 细胞在 UV 照射后的细胞存活率更高，进一步证实了 FTO 对细胞抵抗 UV 损伤的抑制作用。
2. 鉴定内源性 FTO 近端蛋白质组：通过 BAR - SILAC - MS 分析，研究人员鉴定出 243 种在 WT 细胞中比 FTO KO 细胞具有更高生物素化水平的蛋白质，这些蛋白质参与 mRNA 剪接、核糖体生物发生等过程，还涉及 DNA 复制、端粒维持、DNA 修复等多个维持基因组完整性的细胞途径。其中，约 37% 的 FTO 邻近相互作用蛋白也存在于 PARP1 近端蛋白质组中，暗示了 FTO 与 PARP1 之间的功能联系。
3. FTO 与 PARP1 相互作用并调节其在细胞中的聚集：通过 BAR 实验、邻近连接实验（PLA）和体外结合实验，证实了 FTO 与 PARP1 之间的直接相互作用。UV 暴露会减弱 FTO 与 PARP1 的相互作用，且 FTO 在维持 PARP1 在细胞核内的聚集状态中发挥着重要作用。FTO KO 细胞中 PARP1 分子更加分散，而 UV 处理后 PARP1 在 FTO KO 细胞中的进一步分散现象并不明显。
4. FTO 负向调节 PARP1 功能：在活细胞中，通过观察 GFP - PARP1 向 UVA 微照射诱导的 DNA 损伤位点的招募情况，发现 FTO KO 细胞中 GFP - PARP1 的招募速度明显加快，而 FTO 过表达则抑制了 PARP1 的招募。体外实验表明，FTO 能抑制 PARP1 的酶活性，FTO KO 细胞中 PARP1 的自身 PARylation 水平显著增加，进一步证明 FTO 是 PARP1 功能的内源性负调节因子。
5. FTO 调节 PARP1 功能独立于其 RNA 去甲基酶活性：使用小分子 FTO 抑制剂 FB23 - 2 和过表达催化失活的 FTO H231A/D233A（DD）突变体进行实验，结果表明 FTO 对 PARP1 功能和 DNA 修复途径的调节作用独立于其 RNA 去甲基酶活性。
6. FTO 是 PARP1 的底物：研究发现 FTO 可被 PARP1 在体外 PARylation，在细胞中，FTO 的 PARylation 水平在 UV 暴露后呈现动态变化，且与 PARP1 的自身 PARylation 水平以及 FTO - PARP1 相互作用的程度呈负相关。添加 PARP1 底物烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD⁺）可增强 FTO 与 PARP1 的相互作用，而 PARP1 的自身 PARylation 则会抑制这种相互作用。

研究结论和讨论部分指出，本研究揭示了 FTO 在调节 PARP1 功能方面的重要作用，其通过与 PARP1 的物理相互作用，抑制 PARP1 的酶活性，并调节其在细胞核内的聚集和动态分布。这种调节作用独立于 FTO 的 RNA 去甲基酶活性，为理解 FTO 在 DDR 中的功能提供了新的视角。此外，FTO 作为 PARP1 的内源性负调节因子，可能在防止 PARP1 过度激活方面发挥重要作用，从而避免因过度消耗 NAD⁺底物导致的细胞能量崩溃和死亡。这一研究成果不仅丰富了人们对细胞基因组稳定性调控机制的认识，还为开发基于 PARP1 的癌症治疗策略提供了新的潜在靶点和理论依据。