中科院Cell Res揭示DNA修復新機制
日期:2014-03-27 08:52:20
來自中科院北京基因組研究所、清華大學的研究人員證實,Ago2通過同源重組促進了Rad51招募以及DNA雙鏈斷裂修復。這一研究發現發表在3月25日的《細胞研究》(Cell Research)雜志上。
中科院北京基因組研究所的楊運桂 (Yun-Gui Yang)研究員和清華大學的戚益軍(Yijun Qi)教授是這篇論文的共同通訊作者。前者的主要研究方向為基因組結構域穩定性機制。后者的研究興趣為以擬南芥、水稻和衣藻為模式生物,研究RNAi的作用機理和功能。
DNA作為細胞生命活動最重要的遺傳物質,保持其分子結構的完整性和穩定性對于細胞的存活和正常生理功能的發揮具有重要意義。包括電離輻射、化療藥物及細胞代謝產物在內的多種外源和內源性因素都能引起不同形式的DNA損傷,其中DNA雙鏈斷裂(DSBs)是一種最嚴重的DNA損傷形式。DNA雙鏈斷裂可以導致突變、基因組不穩定性和細胞死亡,因此DNA雙鏈斷裂的修復對保持基因組的完整性和細胞的存活至關重要。
DSBs主要是通過非同源末端接合(NHEJ)或同源重組(HR)兩種方式進行修復。盡管NHEJ有效,但由于其不依賴于同源序列,直接將斷裂的DNA末端進行連接,故易產生錯誤。同源重組可以實現忠實修復,但其需要姐妹染色單體,因此局限于S和G2期。同源重組修復一開始借助MRN復合物、CtIP和EXO1切除DSB末端生成單鏈DNA(ssDNA),隨后DNA單鏈結合蛋白復合物RPA覆蓋在ssDNA上。之后再由Rad51替代RPA形成核蛋白絲促進鏈侵入,啟動同源重組過程。
Small RNAs (sRNAs)是一類在真核生物中廣泛存在的小分子物質,影響著生物學的各個方面。這些由Dicer酶加工而成的小的雙鏈RNA可與Argonaute (Ago)蛋白家族結合。在以往的研究中楊運桂和戚益軍的課題組證實,在擬南芥和人類中DSB位點附近的一些序列可生成一類sRNAs。這些DSB誘導sRNAs(diRNAs)與Ago蛋白結合,是DSB修復的必要條件。但目前對于它們的作用機制仍不是很清楚。
在這篇文章中研究人員報告稱,發現diRNAs在DSB修復中起作用僅限于同源重組修復,并且其尤其依賴哺乳動物細胞中的效應蛋白Ago2。有意思的是,研究人員證實Ago2與Rad51形成了一種復合體,并且用電離輻射處理細胞可增強這種互作。他們證實Rad51在DSB位點累積,并且同源重組修復依賴于Ago2的催化活性和小RNA結合能力。但耗盡Ago2或Dicer不會影響DSB末端切除以及RPA和Mre11結合,表明Ago2極有可能發揮作用直接介導了Rad51在DSBs位點累積。
這些研究結果表明,在diRNAs引導下Ago2可以促進Rad51招募并累積于DSBs位點,推動了同源重組介導的修復。
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