DNA损伤检验点与损伤修复及基因组稳定性

生物有机体基因组DNA经常会受到内源或外源因素的影响而导致结构发生变化,产生损伤;在长期进化过程中,有机体也相应形成了一系列应对与修复损伤DNA,并维持染色体基因组正常结构功能的机制。其中DNA损伤检验点（DNA damage checkpoint）就是在感应DNA损伤的基础上,对损伤感应信号进行转导,或引起细胞周期的暂停,从而使细胞有足够的时间对损伤DNA进行修复,或最终导致细胞发生凋亡。DNA损伤检验点信号转导途径是一个高度保守的信号感应过程,整个途径大致可以分为损伤感应、信号传递及信号效应3个组成部分。其中3-磷脂酰肌醇激酶家族类成员ATM（ataxia-telangiectasia mutated）和ATR（ataxia-telangiectasia and Rad3-related）活性的增加构成整个途径活化的第一步。它们通过激活下游的效应激酶,Chk2／Chk1,通过协同作用许多其他调控细胞周期、DNA复制、DNA损伤修复及细胞凋亡等过程的蛋白质因子来实现细胞对DNA损伤的高度协调反应。近十几年,随着此领域研究的不断深入,人们逐步揭示了DNA损伤检验点途径发生过程中,各种核心组分通过与不同调节因子、效应因子及DNA损伤修复蛋白间的复杂相互作用,以实现监测感应异常DNA结构并实施相应反应的机制;其中,检验点衔接因子（mediators）及染色质结构,尤其是核小体组蛋白的共价修饰在调控ATM／ATR活性,促进ATM／ATR与底物间的相互作用以及介导DNA损伤位点周围染色质区域上多蛋白复合物在时间与空间上的动态形成发挥着重要的作用。同时,人们也开始发现DNA损伤检验点途径与DNA损伤修复、基因组稳定性以及肿瘤发生等过程之间某些内在的联系。该反应途径在通过协调细胞针对DNA损伤做出各种反应的基础上,直接或间接地参与或调控DNA损伤修复过程,并与DNA损伤修复途径协同作用最终保证染色体基凶组结构的完整性,而检验点途径的改变,则会引起基因组不稳定的发生,包括从突变频率的提高到大范围的染色体重排,以及染色体数量的畸变。如：突变发生在肿瘤形成早期,会大大增加肿瘤发生的几率。文章将对DNA损伤检验点途径机制及其对DNA损伤修复、基因组稳定性影响的最新进展进行综述。     

DNA修复——基因组稳定性护卫机制的原创与发现之旅

基因组DNA是遗传的物质基础,编码的信息指导生物种系的复制延续、生命体的生长发育和代谢活动。无论是在外环境因素的应激压力下还是处于正常状态,DNA损伤时刻在发生,由此,DNA损伤修复作为重要的细胞内在机制,在维护基因组稳定性、降低癌症等人类系列重大疾病风险中发挥了不可替代作用。三位科学家汤姆·林达尔(Tomas Lindahl)、阿齐兹·桑贾尔（Aziz Sancar）、保罗·莫德里奇（Paul Modrich）因发现和揭示DNA修复及其机制的杰出贡献,获得2015年诺贝尔化学奖。本文综述了三位获奖者分别在DNA损伤的碱基切除修复、核苷酸切除修复和错配修复研究中的原创发现,以及相应的修复通路机制的描绘。此3种修复通路,主要是针对紫外线和化学物所致DNA的碱基损伤、嘧啶二聚体及加合物或者DNA复制过程中发生的碱基错误配对的修复。恰巧,2015年拉斯克基础医学研究奖授予的两位科学家,也因他们揭示了DNA损伤应答现象和机制研究的重大贡献而获奖,本文也呈现了获奖者的关键性科学发现。最后,简要展望了中国DNA损伤修复领域的发展。     

激发p53对癌症开战

有时被称为“基因组守护神”的肿瘤抑制蛋白p53,针对DNA损伤发生反应,要么停止细胞分裂,要么促使细胞凋亡。p53的反应通过阻止已发生恶性突变的细胞不停的生长,从而阻断肿瘤的结构形成。但是p53自身也对损伤敏感,这一点被认为利于半数癌症的生长,包括常见的一些癌症,如皮肤癌、乳腺癌和结肠癌。现在,研究人员已鉴定了一种药物,能够保留一些变异的P53蛋白的正常功能,因此可能开辟出一条新的治疗癌症的方法。     

淋巴细胞凋亡与p53蛋白表达关系的研究

培养B95-8细胞,分离EB病毒,转染外周血和扁桃体淋巴细胞,建立永生化的LCLs和TLCL细胞株; 带有wt P₅₃基因的LCLs在DNA损伤剂——顺铂处理前未检出p53蛋白,经顺铂处理后,LCLs随作用时间延长细胞存活率明显下降、p53蛋白水平升高、DNA电泳显出梯状带;含mt P₅₃基因的淋巴瘤细胞在顺铂处理前可检出高浓度的p53蛋白,经顺铂处理后,细胞存活率与p53蛋白并无明显改变.这些结果表明：顺铂引起细胞DNA损伤、激活wt p53蛋白的表达、继而wt p53蛋白又促进了DNA损伤细胞凋亡.     

超嗜热古菌基因组的热稳定性

超嗜热古菌能够生活在80℃以上的高温环境中,它们的耐热性已经成为当前研究的热点之一。以往对超嗜热菌的认识多集中于蛋白质的耐热性,而很少有关于基因组热稳定性的综述文章。综述了当前对超嗜热古菌的基因组稳定性以及DNA损伤识别机制的研究进展,以期更好地了解超嗜热古菌的耐热机制。     

DNA放射损伤与p53

电离辐射等多种因素可以引起DNA损伤,表现为碱基改变、DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)和DNA单链断裂(Single-strand breaks,SSBs)等多种形式。DNA损伤后,细胞发生应答,即引起细胞周期阻滞和/或细胞程序性死亡,以减少损伤引起的染色体畸变和基因组不稳定。在细胞应答过程中,p53蛋白水平和活性均发生变化,介导细胞周期阻滞、程序性死亡,并直接参与DNA损伤修复过程。     

p53基因与DNA修复

DNA的损伤修复是一个多因子参与的、多环节的复杂修复系统。p53基因以多条信号通路,多种调控方式参与DNA修复。它可以通过其下游一系列靶基因p21、gadd45等调控细胞周期,使细胞停滞于G1期、G2期等检测点,从而使受损DNA有足够的时间进行多因子参与的修复过程;也可以与DNA修复因子PRSA、PCNA、XPp48基因等相互作用,直接参与DNA修复;还可以蛋白－蛋白相互作用参与DNA修复。     

Protein Interaction Between p53 and △113p53 Is Required for the Anti-Apoptotic Function of △113p53

Zebrafish △113p53, an N-terminal truncated p53 isoform, is a p53-target gene that antagonises p53-mediated apoptotic activity. Interestingly, △113p53 does not act on p53 in a dominant-negative manner, but rather interferes with the p53 function by differentially modulating p53-target gene expression to protect cells from apoptosis. Previous studies showed that over-expressed △113p53 and p53 proteins formed a complex. However, it is not known whether endogenous p53 and △113p53 proteins also interact with each other, and if this interaction is required for △113p53 to inhibit the apoptotic activity of full-length p53. In this study, we used two available zebrafish p53 antibodies to address these questions. One, Zfp53-N, only recognises full-length p53, whereas the other, Zfp53-A7C10, detects both full-length p53 and △113p53. Using Zfp53-N for immunoprecipitation and Zfp53-A7C 10 for detection, we demonstrated that endogenous △113p53 and full-length p53 induced by a DNA-damaging drug formed a complex in vivo. Furthermore, of the six △113p53 mutants we generated with different point mutations in the oligomerisation domain, two failed to interact with p53 and lost the ability to modulate p53-target gene expression and inhibit p53-induced cell apoptosis. However, those △113p53 mutants that could interact with p53 retained the ability to antagonise the apoptotic activity of p53. Therefore, our data demonstrated that protein--protein interaction between △113p53 and p53 is essential for the anti-apoptotic function of △113p53. In addition, the two △113p53 mutants that failed to interact with p53 are also useful for the study of the mechanisms of other functions of △113p53.     

53BP1与DNA双链断裂损伤修复

DNA的精确复制和遗传对维持基因组稳定性有重要作用。DNA双链断裂损伤可能诱导细胞凋亡和染色质重排,在肿瘤的发生发展过程中发挥作用。53BP1是DNA双链断裂修复中的重要调节蛋白质之一,对调控损伤修复平衡和维持基因组稳定性起着重要作用。本文主要对53BP1的结构、生物学功能、信号通路、分子机制和翻译后修饰做一浅显的总结和展望,希望能为53BP1的深入研究提供一些理论基础。     

低氧微环境中肿瘤的能量代谢

处于低氧微环境中的肿瘤细胞,其血管生成和代谢方式的改变使之能在低氧环境中生存及增殖。Warburg早已发现肿瘤细胞的代谢方式的改变．即在有氧环境中也优先利用糖酵解而非有氧呼吸来获得能量。与有氧呼吸有关的酶,如COX、SDH、FH,发生改变及抑癌基因p53的突变与其发生机制有关。     

p53基因表达沉默的稳定Vero细胞系的建立及特性分析

利用慢病毒介导的RNA干扰技术,建立稳定沉默p53基因的Vero细胞模型。设计针对p53基因的shRNA序列,构建p53shRNA慢病毒载体并感染Vero细胞;嘌呤霉素筛选阳性细胞,局部消化法挑选细胞克隆;利用RT-PCR和West-ernblot检测p53的表达水平;利用虫荧光素酶报告系统,分析p53的转录激活功能。RT-PCR和Westernblot结果显示,慢病毒介导的shRNA有效地沉默p53基因表达;与对照组细胞相比,干扰组细胞的p53的转录激活功能明显降低。慢病毒介导的shRNA高效、稳定地沉默了p53基因的表达,同时,有效地降低了p53的转录激活功能,为研究p53的生物学功能提供了有利的工具。     

肿瘤细胞中存活蛋白与p53的相互作用

存活蛋白(survivin)作为凋亡抑制蛋白(IAP)家族的最小成员,在肿瘤组织中高表达,且具有严格的细胞周期依赖性,而p53作为细胞周期中的负调节因子,参与了细胞周期调控和细胞凋亡等重要的生物学功能。最近研究表明,存活蛋白与p53的相互作用在肿瘤的发生发展中具有重要作用。该文将从细胞周期与细胞凋亡的角度对存活蛋白/p53通路在肿瘤中的研究进展进行阐明。     

活体细胞内p53与IκBα的相互作用及其核穿梭过程

通过构建6种荧光融合蛋白质粒载体pECFP-IκBα、pECFP-IκBαM、pECFP-IκBα243N、pECFP-IκBα244C、pp53-DsRed和pp53/47C-DsRed,应用激光共聚焦显微镜,观测静止细胞内p53与IκBα及其各种突变体的定位特点及相互作用关系,直观地说明了活体细胞内的p53可与IκBα的C端的PEST区发生相互作用,p53的N端也参与了p53·IκBα复合体的形成.同时,实时观测外界刺激下细胞内DsRed/CFP两荧光比值的变化,探讨p53·IκBα复合体形成与解离的动态平衡,细霉素B(leptomycinB,LMB)作用下细胞内p53与IκBα的动力学分布、及核穿梭动态过程的意义.IκBα蛋白可能已经成为p53和NF-κB信号通路的一个交叉点,从而扩展了对于这两条重要信号通路调控的认识.     

p53过表达抑制同源盒基因NKX3.1启动子活性

NKX3.1是前列腺特异表达的同源盒基因,在前列腺癌的发生发展中起重要作用,而在前列腺癌进展中常会发生p53的基因突变.为研究两者之间的关系,构建NKX-3.1启动子(1 040bp)-荧光素酶报告基因重组质粒（pGL3-1040）及其缺失突变体,瞬时转染前列腺癌细胞LNCaP.通过荧光素酶表达活性分析,检测p53过表达对NKX3.1启动子活性的影响.结果表明：p53在LNCaP细胞中过表达可明显抑制NKX3.1启动子活性;RT-PCR及Western印迹检测p53过表达对NKX3.1表达的影响.结果表明,p53过表达可以明显抑制同源盒基因NKX3.1的表达.通过TRANSFAC软件分析,在NKX3.1基因上游-526至-507区存在一个p53反应元件的5′核心序列.缺失pGL3-1040中的p53反应元件核心序列并不能消除p53对NKX3.1启动子的抑制作用,表明p53不是通过p53反应元件直接抑制NKX3.1启动子活性.进一步通过5′缺失突变分析,发现NKX3.1启动子-140～+8 bp区仍受p53负调控.此148 bp区域中含有一个Sp1和一个CREB元件,瞬时共转染Sp1表达载体或CREB表达载体的结果表明,p53并不是通过与Sp1或CREB相互作用对NKX3.1启动子发挥抑制作用的.上述结果表明,p53过表达可以抑制同源盒基因NKX3.1启动子活性,下调NKX3.1基因的转录,其调控机制有待进一步研究.     

KATP通道对缺氧海马CA1区神经元损伤保护作用的机制

目的:探讨KATP通道在缺氧中对海马CA1区神经元的保护作用机制。方法:比较对照组、单纯缺氧组、KATP通道激动剂 缺氧组、KATP通道阻断剂 缺氧组中神经元p53 mRNA的表达、DNA断裂、以及神经元存活情况。结果:将神经元暴露在氧浓度为0%的缺氧环境中12h,KATP通道的激动剂二氮嗪(diazoxide,100μmol/L)显著降低p53 mRNA的表达量及细胞的凋亡数量。KATP通道的阻断剂甲糖宁(tolbutamide,100μmol/L)使p53mR-NA表达量显著增加,细胞的凋亡数量也随之显著增加。p53的特异性阻断剂曲古抑菌素(trichostatin,TSA)可以逆转甲糖宁(tolbutamide,100μmol/L)的作用。结论:KATP通道可以通过下调p53 mRNA的表达水平,对缺氧中的海马CA1区神经元起到保护作用。     

H1N1亚型流感病毒诱导外周血单个核细胞凋亡研究

A型流感病毒能诱导淋巴细胞、单核巨噬细胞的凋亡,为进一步探讨淋巴细胞和单核巨噬细胞在凋亡中可能存在的相互作用,用H1N1亚型流感病毒诱导人外周血淋巴细胞和单核巨噬细胞的凋亡．结果显示,前48 h,H1N1流感病毒能诱导淋巴细胞和单核巨噬细胞的凋亡,但在培养48 h后,流感病毒对单核巨噬细胞表现为凋亡抑制作用,同时流感病毒对淋巴细胞吸附不同时间后,荧光染色和流式细胞术检测凋亡未见明显差异,说明细胞凋亡与病毒吸附时间长短并无相关性．检测p53抑制剂Pifithrin-α(PFT-α)加入前后淋巴细胞和单核巨噬细胞的凋亡情况,结果显示,淋巴细胞和单核巨噬细胞的凋亡均被抑制, 提示通过p53诱导的凋亡可能是流感病毒诱导细胞凋亡的一条重要途径．     

p53转录非依赖活性介导细胞凋亡

p53主要通过两条途径诱导细胞凋亡：p53作为转录因子,促进细胞凋亡的靶基因的表达上调,如PUMA、NOXA、PIDD、p53AIP1、COP1等,并通过这些蛋白参与内源和外源凋亡途径;另一方面,胞浆中的p53能转位到线粒体,激活内源性的线粒体途径,促进凋亡。后者已成为研究p53促凋亡机制的热点。本文就p53对转录非依赖活性诱导细胞凋亡途径的研究进展作一概述。