DNA损伤和修复中的H2AX磷酸化及其在生殖相关细胞中的作用

H2AX是组蛋白H2A家族常见的变体之一，H2AX磷酸化是指哺乳动物细胞中的组蛋白H2AX在其C端第139位丝氨酸上发生磷酸化修饰形成磷酸化组蛋白H2AX(histone H2AX phosphorylation,γH2AX)的过程。目前，γH2AX的检测方法主要有免疫荧光法、流式细胞术、免疫印迹法。γH2AX是DNA损伤尤其是DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSB)或DNA修复的标志物，已经被应用到医学相关领域，如放射性DNA损伤的检测、癌症的辅助诊断以及预后监测。此外，γH2AX在检测生殖细胞中的DNA损伤及修复和维持胚胎干细胞的自我更新中有重要意义。检测γH2AX水平已成为评价生殖细胞和干细胞质量的重要方法。本文将从H2AX及其家族的生物学特征、γH2AX的检测方法、DNA损伤与修复中的H2AX磷酸化及其在生殖相关细胞中的应用等角度对γH2AX研究进展进行总结和探讨。     

电离辐射生物标志物γ-H2AX的检测技术研究进展

电离辐射可导致DNA双链断裂,从而使组蛋白H2AX迅速在双链断裂处磷酸化为γ-H2AX。检测细胞中γ-H2AX聚集处形成的焦点数目可用于评价DNA双链断裂情况,且与辐射剂量相关。因此,γ-H2AX可作为电离辐射的生物标志物,用来评价电离辐射的致突变能力,亦可作为电离辐射生物剂量计,用于估算个体受照剂量。γ-H2AX检测技术在辐射生物学研究、辐射分子流行病学调查,以及辐射事故应急响应与医学处置等方面具有重要应用价值。本文将重点阐述近十年来国内外基于电离辐射生物标志物γ-H2AX的检测方法研究进展和应用前景。     

ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的作用

DNA双链断裂修复缺陷易导致细胞基因组稳定性失衡、细胞发生癌变或死亡。真核生物主要通过同源重组和非同源末端连接两条途径来修复双链断裂。近年来发现多种ATP依赖型的染色质重塑蛋白复合物,包括RSC、INO80、Fun30、SWI/SNF和SWR1,直接参与了DNA双链断裂修复过程。它们主要通过调控DNA损伤检查点激活、断裂末端剪切及组蛋白H2AZ-H2B/H2A-H2B置换等重要步骤发挥功能。现以酿酒酵母中的研究为重点,综述主要ATP依赖型染色质重塑复合物在DNA双链断裂修复中的功能及作用机制。     

咖啡因抑制辐照区和旁区细胞的γ-H2AX foci的形成

辐射诱导的旁效应不仅在体外实验存在,也在动物体内存在,这对辐射剂量的计算和辐射风险的评估有重要影响。咖啡因是一个模式辐射敏感剂,显著增强辐射的细胞毒性。咖啡因也显著增强辐射诱导的旁效应,咖啡因处理使未受辐照的旁细胞对损伤信号更加敏感,但其机理并不清楚。在正常人原代细胞AG1522中,分析了咖啡因处理对组蛋白H2AX磷酸化的影响,咖啡因显著减少α粒子辐射区和旁区γ-H2AX foci阳性细胞的比率和每个细胞γ-H2AX foci点数,表明咖啡因处理抑制了H2AX磷酸化,后者启动细胞对DNA双链断裂的修复,从而提示咖啡因增强辐射旁效应可能的机理,对辐射治疗具有重要意义。     

组蛋白翻译后修饰与DNA损伤响应蛋白招募的调控

组蛋白翻译后修饰是细胞DNA损伤早期应答反应的重要内涵,一方面是松弛、开放染色质结构的必要分子调节事件,以便DNA损伤响应蛋白能接近DNA损伤位点;另一方面直接参与DNA损伤修复蛋白招募过程的调控。综述了在DNA损伤信号激发下,发生的组蛋白主要修饰类型,异组蛋白H2AX、H2A.Z在DNA损伤部位与组蛋白置换,及其对DNA损伤响应蛋白招募的调节作用和机制。     

CHD4在染色体重塑中的作用

染色质作为真核细胞遗传信息,体内外各种因素的作用致使不断的产生损伤,但是细胞仍能保持正常的生长、分裂和繁殖,这与基因组稳定性和完整性保持,并且通过自身的损伤修复有着密切的联系。ATP依赖的染色质重塑是染色质重塑的最重要的方式之一,主要是利用ATP水解释放的能量,将凝聚的异染色质打开,协调损伤修复蛋白与DNA损伤位点的作用,通过对组蛋白的共价键修饰或ATP依赖的染色质重塑复合物开启了DNA的损伤修复的大门。CHD4/Mi-2β的类SWI2/SNF2 ATP酶/解螺旋酶域结构域保守性最强,这一结构域存在与多种依赖于ATP的核小体重构复合物。Mi-2蛋白复合物称为核小体重塑及去乙酰化酶NuRd(nucleoside remodeling and deacetylase,NuRD),是个多亚基蛋白复合物,Mi2β/CHD4是该复合物的核心成员。近来的研究发现,CHD4具有染色质重塑功能,并且参与DNA损伤修复的调控。CHD4羧基端的PHD通过乙酰化或甲基化识别组蛋白H3氨基端Lys9(H3K9ac和H3K9me),并且通过Lys4甲基化(H3K4me)或Ala1乙酰化(H3A Lac)抑制与H3、H4的结合,为染色质重塑提供了保障。Mi-2β/CHD4参与DNA损伤反应,定位于DNA损伤γ-H2AX的foci。沉默Mi-2β/CHD4基因,细胞自发性DNA损伤增多和辐射敏感性增强。表明CHD4在染色质重塑中具有重要的作用。     

RNA干扰与染色质沉默——生物体内精密的网络调控机制

基因表达受不同层次的调控.RNA干扰通过产生双链小RNA诱导同源mRNA序列降解,从而在转录后抑制特定基因的表达.最新的研究成果显示：RNA干扰产生的双链小RNA可通过与染色质中的重复序列DNA及组蛋白甲基化酶相互作用,引起组蛋白H3 Lys9的甲基化,进一步与异染色质形成相关蛋白结合,导致染色质沉默.综述了RNA干扰,小RNA,组蛋白修饰,染色质沉默及基因表达调控之间存在着精密的网络调控机制.     

8-氯腺苷诱导的组蛋白H3K79双甲基化促进NBS1和p21的基因转录激活

组蛋白H3第79位赖氨酸甲基化（H3K79me）修饰有单甲基、双甲基及三甲基3种形式,是常染色质的标志.然而,对于组蛋白H3K79三种甲基化各自在基因转录、DNA损伤修复中所起的作用尚不十分清楚.本研究以8-氯腺苷（8-Cl-Ado）为DNA双链断裂（DNA double-stranded breaks,DSB）诱导剂,采用Western 印迹,在人肺癌细胞H1299检测出了DNA修复分子NBS1、细胞周期检验点相关分子p21,并发现H3K79me1、H3K79me2和H3K79me3三种甲基化修饰的组蛋白明显增加;染色质免疫共沉淀结合实时定量PCR实验显示,只H3K79me2与DNA损伤检验点分子p21、DNA修复分子NBS1的启动子区域相结合,说明H3K79双甲基化修饰与这些基因的转录激活有关.结果提示,在8-氯腺苷引起 DSB时,是H3K79me2、而不是H3K79me1和H3K79me3参与NBS1和p21基因转录激活时的染色质重塑.8-氯腺苷诱导H3K79双甲基化增强、促进H3K79me2所在染色质区域的NBS1和p21基因转录激活可能是8-Cl-Ado抑制肿瘤细胞生长作用机制之一.     

WRAP53 β调控DNA损伤修复进展

WRAP53β是一种具有WD40结构域的蛋白质,在维护卡哈尔体稳定、RNA剪接、端粒延伸等方面起着至关重要的作用.WRAP53β功能紊乱与先天性角化不良、肿瘤、进行性脊髓性肌萎缩、过早老化等疾病有关.近两年研究发现WRAP53β是DNA双链断裂修复(DSBs)的一个重要支架蛋白,它以一种依赖于ATM、H2AX、MDC1的方式被募集至损伤位点并磷酸化,其WD40结构域可募集泛素E3连接酶RNF8,将DSBs位点附近的组蛋白H2AX泛素化,促进下游修复因子的聚集,引起DNA损伤后的修复作用.为此,我们重点综述了现阶段WRAP53β在DNA损伤修复方面的具体作用及机制.     

HIV-1Tat蛋白抑制DNA修复和增强细胞辐射敏感性

近年来临床研究发现,艾滋病合并肿瘤患者放疗后产生的正常组织和皮肤毒性反应明显高于普通肿瘤患者.本研究将探讨HIV-1Tat蛋白是否影响细胞对电离辐射敏感性及机理. 两个表达Tat蛋白的细胞系TT2和TE671-Tat均来源于人的横纹肌肉瘤细胞（TE671）并已转染了不同来源的tat基因.使用细胞辐射后克隆形成率检测辐射敏感性,RT-PCR和Western 印迹检测基因表达,彗星电泳和γ-H2AX位点检测DNA双链断裂和修复. TT2和TE671-Tat细胞的辐射敏感性与转染空载体及对照细胞相比明显增加.彗星电泳和γ-H2AX位点检测表明,在表达Tat蛋白的细胞中,辐射诱导DNA双链断裂的修复水平明显降低.通过RT-PCR和Western 印迹检测进一步证实,表达Tat蛋白的细胞中DNA修复蛋白DNA-PKcs的表达被抑制. HIV-1Tat蛋白抑制DNA-PKcs的表达,降低DNA双链断裂的修复,使细胞的电离辐射敏感性增高.本研究为了解AIDS合并肿瘤患者对放射治疗敏感性变化提供了重要信息.