主导正确DNA修复的关键蛋白

　　9月20日《Nature》文章，一个新蛋白不仅补充了现有知识的空白，澄清了DNA损伤修复的一个长久谜团，还为研究人员提供了一个强大的癌症治疗工具。

　　

 

工作快错误多与工作慢错误少，哪个好？当接受DNA修复任务时，细胞也不得不面对同样的选择。选择哪种主要修复途径，这是一个相当重要的决定，因为如果选错，可能会导致更多DNA损伤，并引发癌症。

Salk研究所的科学家发现，一个名叫CYREN的微蛋白能帮助细胞在正确的时间做出恰当的选择。

这篇9月20日发表在《Nature》上的文章，不仅补充了现有知识的空白，澄清了DNA损伤修复的一个长久谜团，还为研究人员提供了一个强大的癌症治疗工具。

鱼和熊掌不可兼得

双链断裂是最严重的DNA损伤，可通过NHEJ（非同源末端连接）或HR（同源重组）两个途径之一进行修复，前者速度快但错误多，后者速度慢但错误少。

 NHEJ虽然复原断裂效率很高，但遇到多断裂的情况容易混淆待修复片段，“乱配鸳鸯”的后果会给细胞带来灾难。

HR依赖于未损伤的DNA序列指导修复，虽然很准确，但只能在细胞分裂期，复制遗传信息后才开始工作。

鉴于快速修复途径能在DNA复制前工作的事实，科学家们想知道为什么它没能超越慢速的、更精确的复制后修复途径。科学家们怀疑复制后慢速修复途径占主导的情况下，一定有某些东西拖住了NHEJ的步伐。

本文报道的CYREN就是一个在DNA复制后，HR起主导作用时，抑制NHEJ的微蛋白。

端粒

CYREN蛋白的最初发现者是Salk科学家Alan Saghatelian。2015年，他鉴定了一些名叫“短ORF编码多肽（short ORF-encoded peptides，SEPs）”的小蛋白，随后越来越多证据表明它们具有重要的生物功能。

“我确实找到了很多这类多肽，但我真不知道它们如此重要，直到Karlseder课题组的加入，”Saghatelian说。“由于这个令人印象深刻的新发现，我们才认识到曾经找到的数百种小分子们竟是如此重要。”

此前，Saghatelian的工作表明，CYREN与快速修复途径的主开关Ku蛋白有相互作用。为了在天然条件下确认它们之间的相互作用，Karlseder课题组加工了端粒区域的DNA，为了防止危险的融合，染色体末端区域的基因组修复一般受到抑制。研究人员通过人工干扰，让端粒的快速修复途径活跃起来，来测试CYREN的影响效果。

“端粒是一个良好的研究对象，它们本身需要抑制修复，但也具备使其激活的机制，因此非常好设计实验，”文章一作Nausica Arnoult助理研究员说。

CYREN存在时，细胞复制DNA后没有DNA修复发生。表明它关掉了Ku总开关。CYREN不存在时，DNA复制前后快速修复通路都被激活了。

鱼和熊掌的竞争

因为端粒测试无法显示快速和慢速途径之间的竞争关系。接下来Arnoult结合CRISPR和修复诱导型荧光蛋白等分子工具，比较了活细胞的修复情况。她先用特定方式切割DNA，然后观察颜色，来识别究竟是哪种修复途径在起作用。同时，还分析了该过程下所有蛋白质相互作用。

DNA复制后荧光图

左图：染色体（红色）和其未受干扰的端粒（绿色）保持分离；

右图“缺乏CYREN，人工触发NHEJ的受干扰染色体显示融合

 

实验结果表明，CYREN直接附着于Ku，根据时间（DNA复制前后）和DNA损伤类型（平末端和黏性末端）的不同，抑制了快速途径。因为CYREN的参与，快速修复途径速度下降，被拖成了“慢速”修复。

CYREN是不同时间地点DNA修复途径选择的重要调节器。针对癌细胞DNA损伤，也许可以使用CYREN来阻止失控的修复机器。

课题组成员（从左到右）：Alan Saghatelian, Jiao Ma, Anna Merlo, Adriana Correia, Jan Karlseder, Nausica Arnoult

原文标题：Regulation of DNA repair pathway choice in S/G2 by the NHEJ inhibitor CYREN
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