科研进展

同济大学毛志勇教授团队揭示SIRT6在DNA损伤修复中的新功能

发布时间:2020-08-18  

基因组不稳定性的增加是肿瘤和衰老的重要特征之一,而DNA 损伤修复能力的缺失会导致基因组不稳定。因应于不同类型的 DNA 损伤,生物体进化出了多种损伤修复通路,其中核苷酸切除修复(Nucleotide excision repairNER)以及 DNA 双链断裂修复(DNA double strand breaks repairDSBR)均与肿瘤及衰老发生关系紧密。SIRT6 是肿瘤与衰老发生中的关键调控因子,此前多项研究已经证明SIRT6参与调控 DSBR 等通路从而维持基因组稳定性。

 

NER 通路主要修复由紫外线辐射和化疗药物等造成的 DNA 损伤。NER 通路可以分成两条子通路:一条是全基因组 NER(Global genome NER, GG-NER),它能识别并清除整个基因组中紫外辐射及部分化疗药物造成的DNA损伤;另一条是转录偶联的NER(Transcription-coupled NER, TC-NER),它主要修复转录过程中所遇到的紫外辐射及部分化疗药物造成的 DNA 损伤。NER 通路缺陷会导致许多人类综合征的产生,包括与早衰相关的 Cockayne综合征以及对紫外线更敏感、更易患皮肤癌的着色性皮肤干燥症和 trichothiodystrophy 综合征。然而,SIRT6 是否参与 NER 以及潜在的相关调控机制尚未被研究。

 

2020813日,同济大学生命科学与技术学院毛志勇课题组在Nucleic Acids Research杂志在线发表了题为The deacetylase SIRT6 promotes the repair of UV-induced DNA damage by targeting DDB2的工作。该研究发现,SIRT6 可以利用其去乙酰化酶活将 NER 通路中识别损伤的蛋白 DDB2 去乙酰化,促进其泛素化,进而从染色质上分离,促进 NER 通路信号的传导。该工作首次系统阐释了 SIRT6 NER 通路中的功能

首先,该研究团队成员利用了一种 UV 损伤的质粒再激活的实验方法检测体内 NER 的效率。将可以正常表达绿色荧光蛋白 GFP pmax-GFP 质粒放在紫外灯下按一定剂量照射,之后将受损的 pmax-GFP 质粒与标定转染效率的表达红色荧光蛋白 DsRed 的质粒pDsRed2-N1 一起转入细胞中,若细胞成功通过 NER 通路修复了损伤,那么受损的 pmax-GFP 质粒会重新表达。利用流式细胞技术,表达绿色荧光的细胞数比上表达红色荧光的细胞数即可被认为是 NER 的相对修复效率。于是,研究团队利用此实验方法确认SIRT6可以参与NER 通路。而研究团队利用激光微辐照实验证实,在 UV 的刺激下,SIRT6 可以直接到达损伤位点,并且与 UV 照射细胞之后生成的光产物 CPD 存在共定位。

进一步的机制研究表明,SIRT6 通过靶向 GG-NER 通路中的损伤识别蛋白 DDB2 参与 NER 通路。在 UV 刺激下,二者的相互作用增强。SIRT6 通过去乙酰化 DDB2 的 两个赖氨酸位点,K35 K77 ,降低 DDB2 的乙酰化水平,从而促进DDB2 的泛素化。泛素化的 DDB2 与分离酶 p97 的亲和性增强,使得 DDB2 从染色质上解离下来,最终促使随后的 NER 信号通路传导。

黑色素瘤的发生与 NER 通路存在极大关联,为了确定是否是黑色素瘤病人自然发生的SIRT6突变抑制 NER 通路从而促进了肿瘤的发生,研究团队分析了黑色素瘤患者来源的SIRT6 的突变,发现这些突变导致 SIRT6 酶活性部分丧失(P27SH50Y)、翻译提前终止(R150*)或降解率提高 (G134W),从而影响了 SIRT6 DDB2 乙酰化水平的调节及对 NER 通路的调控,最终导致了基因组的不稳定并促进肿瘤的发生。

 

综上所述,该研究团队发现了 SIRT6 参与 DNA 损伤修复的新功能,深入阐述了 SIRT6 通过参与 GG-NER 通路,最终促进 UV 诱导的 DNA 损伤的修复,进而稳定了基因组的具体机制,提示 SIRT6 是黑色素瘤中关键的肿瘤抑制因子,激活 SIRT6 可能有助于稳定基因组,防止紫外线诱导的黑色素瘤的产生。继阐明SIRT6调控多条DNA修复通路分子机制后(Mao et al., Science, 2011; Mao et al., PNAS, 2012; Xu et al., Cell Cycle; Chen et al., Cell Reports, 2017 (与康九红教授课题组合作成果)),毛志勇课题组的该研究成果进一步拓宽了衰老及肿瘤发生领域对SIRT6调控DNA修复的理解,为利用SIRT6激动剂预防肿瘤和衰老发生提供了进一步的理论基础。

 

同济大学生命科学与技术学院博士研究生耿安珂、唐欢胤为本文的共同第一作者。同济大学生命科学与技术学院毛志勇教授为本文的通讯作者。此外,毛志勇教授课题组的多名老师和同学、贵州医科大学黄劲副教授、上海交通大学医学院张健教授以及匹兹堡大学兰利教授课题组多名成员均参与了该项工作。该研究成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、上海市教委与上海市教育发展基金会资助的“曙光”计划和上海市优秀学术带头人计划等经费的资助。

 

原文链接:https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa661/5892101

 

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