PCNA泛素化修饰对DNA损伤应答途径的调控

机体细胞在多种化学物质和内外环境不断攻击下会诱发DNA损伤。为了维持基因组的稳定性,细胞内拥有一系列完善而精确的细胞应答机制来保护基因组DNA的完整性。细胞首先通过DNA损伤检测点,然后通过一系列细胞信号转导通路,启动细胞周期阻滞,进而介导细胞修复或凋亡。大量研究表明泛素化作为一种重要的蛋白质翻译后修饰方式,参与调控了多种细胞生理过程。近期研究表明,DNA损伤导致复制应激可诱发PCNA的翻译后泛素化修饰,泛素化修饰的PCNA可能参与了多种DNA损伤应激过程,影响细胞选择不同的DNA损伤应答途径,导致细胞截然不同的转归。因此,更好地了解PCNA泛素化的作用及其影响DNA损伤应答通路可为我们更深入地了解人类细胞如何调控异常的DNA代谢过程和癌症的发生和发展机制提供依据。     

组蛋白泛素化修饰及其在DNA损伤应答中的作用

泛素化修饰是真核生物细胞内重要的翻译后修饰类型,通过调节蛋白质活性、稳定性和亚细胞定位广泛参与细胞内各项信号传导与代谢过程,对维持正常生命活动具有重要意义。组蛋白作为染色质中主要的蛋白成分,与DNA复制转录、修复等行为密切相关,是研究翻译后修饰的热点。DNA损伤后,组蛋白泛素化修饰通过调节核小体结构、激活细胞周期检查点、影响修复因子的招募与装配等诸多途径参与损伤应答。同时,组蛋白泛素化修饰还能调节其他位点翻译后修饰,并通过这种串扰(crosstalk)作用调节DNA损伤应答。本文介绍了组蛋白泛素化修饰的主要位点和相关组分(包括E3连接酶、去泛素化酶与效应分子),以及这些修饰作用共同编译形成的信号网络在DNA损伤应答中的作用,最后总结了目前该领域研究所面临的一些问题,以期为科研人员进一步探索组蛋白密码在DNA损伤应答中的作用提供参考。     

SUMO化修饰与DNA损伤修复

蛋白质的翻译后修饰在很大程度上决定了蛋白质的活性、细胞定位、稳定性及蛋白质之间的相互作用.而在DNA损伤修复过程中,通过调控不同修复蛋白的翻译后修饰来影响他们的活性及细胞定位,进而导致DNA损伤修复途径的不同和修复结果的差异.新近研究表明,蛋白质的SUMO化修饰在DNA损伤修复和基因组稳定性的维护方面发挥重要作用.本文将对SUMO化修饰对DNA损伤修复的调控的最新研究进展做一综述.     

SUMO化修饰在DNA损伤响应中的作用

物理或化学等多种因素均可以引起DNA损伤。为维持机体基因组的稳定性,机体形成了精确完整的机制来修复损伤的／DNA。SUMO（smallubiquitin-relatedmodifier,SUMO）化修饰与其他蛋白翻译后修饰一样,具有多种生物学功能。近年来的研究表明,其在DNA损伤修复中也具有非常重要的作用。该文就DNA损伤修复、SUMO,96修饰系统及其二者关系的最新研究进展作了较为全面的介绍和总结。     

受PCNA翻译后修饰调控的DNA损伤耐受机制

为了应对DNA损伤复制阻滞,增殖细胞核抗原(proliferating cell nuclear antigen,PCNA)164位点的赖氨酸残基能够发生一系列的泛素化修饰并介导两种不用的损伤耐受机制,即DNA跨损伤合成(TLS)和无错耐受通路。目前,单泛素化的PCNA介导DNA跨损伤合成通路,而多泛素化的PCNA介导无错耐受通路这一观点已被普遍认可。另外,PCNA的164位点还能被泛素类似物小蛋白(SUMO)修饰,从而抑制DNA双链断裂重组。总结PCNA的翻译后修饰及其在DNA损伤应答过程中的作用机制,有助于我们了解PCNA在DNA损伤耐受机制中的中心作用。重点总结PCNA的翻译后修饰如何调控真核生物DNA损伤应答的不同途径。     

蛋白修饰途径中结合酶在免疫应答中的功能

泛素化途径和SUMO化途径是真核生物细胞内两种很重要的蛋白修饰途径,结合酶为蛋白修饰途径中的第二个酶,对于靶蛋白的修饰具有十分重要的作用。近年来,在研究细胞遭受病原体入侵时产生的免疫应答中屡次鉴定出结合酶的参与。对于结合酶在免疫反应中的功能多样性从病毒和细菌引起的免疫应答两个方面,对泛素结合酶进行了总结,同时也介绍了SUMO结合酶在免疫反应中的研究进展。     

SUMO化修饰与DNA损伤修复

由于体内外因素的影响,DNA损伤是生物生命周期中的常见现象,如果得不到及时的修复,DNA损伤的积累将导致基因组的不稳定及染色质的异常,并可能导致肿瘤的发生发展。SUMO化修饰是体内一个重要的蛋白质翻译后修饰,越来越多的研究发现SUMO化修饰与多个参与DNA损伤反应、维持基因组稳定的蛋白质相关,有可能参与肿瘤的发生。本文将阐述SUMO化修饰与DNA损伤修复的关系。     

泛素化和SUMO化对DEC1的拮抗调控作用

分化的胚软骨表达蛋白1(differentiated embryo-chondrocyte expressed gene 1,DEC1)作为一种时钟蛋白,除了在周期节律的调控中发挥转录抑制作用外,还在能量代谢以及多种肿瘤相关的信号通路的调控中发挥重要作用。此外,蛋白质的翻译后修饰是实现蛋白质功能精细调控的一种重要方式。目前发现,DEC1主要可被两种翻译后修饰,即泛素化和SUMO化修饰。尽管泛素化和SUMO化是两种过程非常类似的蛋白质翻译后修饰方式,但是它们对目的蛋白功能的调控却截然不同。由于泛素化和SUMO化与底物的作用靶点都是赖氨酸(Lys),因此在多数情况下,泛素化和SUMO化以拮抗性的方式调控底物蛋白的功能。鉴于此,该文旨在阐述泛素化和SUMO化修饰对DEC1功能的拮抗调节过程,为了解时钟蛋白DEC1对多种信号通路的调控过程中的分子机制提供新的思路。     

蛋白质SUMO化和泛素化修饰的关系

泛素化和SUMO化是蛋白质翻译后修饰的重要方式,广泛参与调节蛋白质功能和细胞生命活动各个环节。多聚泛素化降解蛋白质,而SUMO化主要调节蛋白质的相互作用和定位等。在不同情况下,SUMO化和泛素化既可协同调节蛋白质功能,也可相互拮抗。最近研究发现,某些底物的SUMO化能够激活体内一类新发现的SUMO依赖的泛素连接酶,启动泛素-蛋白酶体途径降解底物,导致蛋白质SUMO化和汔素化的关系进一步精细化和复杂化。     

PCNA 泛素化对Hela 细胞苯并芘损伤敏感性的影响

目的:观察PCNA泛素化修饰对Hela细胞损伤敏感性的影响。方法:Western blot法检测His-PCNA及His-mutant PCNA(mPCNA,K164R)在Hela细胞中的表达。DNA损伤剂苯并芘(BaP)和依托泊苷(VP-16)分别处理Hela细胞后,MTT法检测不同细胞系对DNA损伤药物的敏感性;Western blot法检测细胞PCNA的泛素化修饰。结果:Western blot结果显示His-PCNA和His-mPCNA在Hela细胞中稳定高表达。MTT结果显示,苯并芘损伤后,稳定高表达mPCNA的细胞系与野生型及高表达PCNA细胞系相比,其细胞存活率呈明显下降趋势,而VP-16作用后,三种细胞存活率无明显差异。Western blot结果显示苯并芘损伤可特异性诱导PCNA发生泛素化修饰。结论:苯并芘损伤能够诱导PCNA发生泛素化修饰,从而降低Hela细胞对苯并芘损伤的敏感性。     

SUMO modification of PCNA is controlled by DNA

Post-translational modification by the ubiquitin-like protein SUMO is often regulated by cellular signals that restrict the modification to appropriate situations. Nevertheless, many SUMO-specific ligases do not exhibit much target specificity, and--compared with the diversity of sumoylation substrates--their number is limited. This raises the question of how SUMO conjugation is controlled in vivo. We report here an unexpected mechanism by which sumoylation of the replication clamp protein, PCNA, from budding yeast is effectively coupled to S phase. We find that loading of PCNA onto DNA is a prerequisite for sumoylation in vivo and greatly stimulates modification in vitro. To our surprise, however, DNA binding by the ligase Siz1, responsible for PCNA sumoylation, is not strictly required. Instead, the stimulatory effect of DNA on conjugation is mainly attributable to DNA binding of PCNA itself. These findings imply a change in the properties of PCNA upon loading that enhances its capacity to be sumoylated.     

RNF126 Quenches RNF168 Function in the DNA Damage Response

DNA damage response (DDR) is essential for maintaining genome stability and protecting cells from tumorigenesis. Ubiquitin and ubiquitin-like modifications play an important role in DDR, from signaling DNA damage to mediating DNA repair. In this report, we found that the E3 ligase ring finger protein 126 (RNF126) was recruited to UV laser micro-irradiation-induced stripes in a RNF8-dependent manner. RNF126 directly interacted with and ubiquitinated another E3 ligase, RNF168. Overexpression of wild type RNF126, but not catalytically-inactive mutant RNF126 (CC229/232AA), diminished ubiquitination of H2A histone family member X (H2AX), and subsequent bleomycin-induced focus formation of total ubiquitin FK2, TP53-binding protein 1 (53BP1), and receptor-associated protein 80 (RAP80). Interestingly, both RNF126 overexpression and RNF126 downregulation compromised homologous recombination (HR)-mediated repair of DNA double-strand breaks (DSBs). Taken together, our findings demonstrate that RNF126 negatively regulates RNF168 function in DDR and its appropriate cellular expression levels are essential for HR-mediated DSB repair.     

DNA损伤反应性蛋白参与中心体调控

中心体是动物细胞有丝分裂期微管组织中心,对于细胞有丝分裂期形成纺锤体、正常分裂及染色体精确分离至关重要. 中心体失调控常造成遗传物质错误分配,最终诱发肿瘤形成.因此,对中心体结构及数量的精密调控将对细胞命运起着决定 作用.目前发现,中心体至少包含100多种调节蛋白,这些蛋白在细胞内的功能各异.最近很多研究显示,多种DNA损伤修复及 应答通路的激酶或磷酸酶定位于中心体,并且参与中心体调控.本文将对中心体结构、中心体复制、中心体分离、中心体扩 增、DNA损伤与中心体异常及DNA损伤反应性蛋白在中心体调控中的功能作一综述.     

Similarities and differences between Arabidopsis PCNA1 and PCNA2 in complementing the yeast DNA damage tolerance defect

Proliferating cell nuclear antigen (PCNA) forms a homotrimer that functions as a sliding clamp essential for genomic DNA replication. It is also directly involved in the regulation of cellular response to DNA damage, which is typically achieved through its covalent modifications. The Arabidopsis genome encodes two PCNAs with only nine amino acid variations, yet two recent reports indicate that AtPCNA2 plays a more critical role in DNA damage response than AtPCNA1. In this study, it was found that both AtPCNAs were able to functionally complement the essential roles of yeast POL30 (PCNA), but failed to rescue the DNA damage tolerance defect of pol30. Surprisingly, the AtPCNA1-K164R mutation rendered cells more tolerant to DNA damage, which appears to be dependent on PCNA sumoylation but not ubiquitination. Two critical residues proximal in structure to K164 were identified in AtPCNAs that contribute to their differences in DNA damage tolerance, since their amino acid substitutions alter the level of DNA damage tolerance. Collectively, it is concluded that the two AtPCNAs differ in their efficiency for ubiquitination and sumoylation, leading to their differential responses to DNA damage in yeast cells.     

c-Abl在DNA损伤反应中的功能

非受体酪氨酸激酶c-Abl在正常生理及病理条件下具有多种生物学功能。当电离辐射、顺铂、丝裂霉素C等DNA损伤诱导剂诱导DNA损伤反应后,c-Abl可参与DNA损伤反应后的细胞周期调控、基因重组修复及细胞凋亡调控等,进而决定细胞在DNA损伤反应条件下的状态。简要介绍了c-Abl在DNA损伤反应中的作用及其进展。     

病毒感染与宿主细胞DNA损伤应答

病毒感染宿主细胞后,利用细胞内的营养物质和原料进行复制和增殖,同时能引起宿主细胞启动抗病毒免疫应答的防御机制。此外,近年来的研究还表明病毒感染能够引起宿主细胞的DNA损伤应答,该反应是细胞另一种防止病毒入侵的自我保护机制。同时发现,病毒在长期进化过程中形成了不同的机制来对抗宿主细胞的DNA损伤应答,从而消除细胞对其复制和繁殖产生的不利影响。因此,研究和阐述病毒感染后引起宿主细胞DNA损伤应答途径的机制,可使我们采取相应对策选择新的抗病毒靶点,从而有利于新型抗病毒药物的开发。     

A型核纤层蛋白在氧化应激和DNA损伤反应中的作用

核纤层蛋白是一种存在于真核细胞核膜下的中间丝纤维蛋白,是细胞核中重要的骨架蛋白,对维持细胞核的结构和功能具有重要作用。其基因突变会引起一系列的遗传性疾病,称为核纤层蛋白病。这些疾病在细胞水平表现出氧化应激和DNA损伤的特征,提示核纤层蛋白在氧化应激和DNA损伤反应中具有重要作用。本文主要就A型核纤层蛋白在氧化应激、DNA损伤反应中的作用机制进行综述。