解旋酶RecQL4调控DNA双链断裂损伤修复通路选择的分子机制

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基本信息

项目摘要

DNA double strand break (DSB) repair is mainly done by two pathways: error-free homologous recombination (HR) and error-prone nonhomologous end joining (NHEJ), and for the latter one, both underactivity and overactivity have been shown to contribute to DNA repair infidelity in neoplastic cells. Human helicase RecQL4 has been demonstrated to be a double-edged sword protein, and both mutations and overexpression are involved in tumor progression, and was also shown to participate in HR regulation. However, whether it is involved in NHEJ pathway and further regulates the DNA DSB repair pathway choice are not clear. Our preliminary findings showed that RecQL4 knock-down resulted in a significant reduction in both HR and NHEJ repair activities. Moreover, RecQL4 interacts with Ku80 and ubiquitination E3 ligase RNF8, two critical proteins in NHEJ pathway, and RNF8 silencing led to a significant decrease in RecQL4 ubiquitination level and makedly prolonged recruitment of RecQL4 in DNA DSB sites, suggesting an important role of RecQL4 in regulating NHEJ repair activity. This application aims to elucidate the molecular mechanism of RecQL4 in regulating DNA DSB repair pathway choice, and using the in vitro and in vivo models to define the role of RecQL4 upregulation in affecting genomic stability and subsequent tumor progression. Overall, the findings will form the basis for delineating the role of RecQL4 dysregulation in human disese and provide potential marker for a better design of precaution and intervention approaches.
DNA双链断裂(DSB)修复主要由高保真同源重组(HR)和易错非同源末端连接(NHEJ)两个通路来完成,而且后者过高或过低的活性都与基因组不稳定性相关。解旋酶RecQL4突变缺失或过表达都参与肿瘤进展,而且被证实调控HR修复,但RecQL4是否参与NHEJ并调控DSB修复通路选择目前还不清楚。我们前期结果发现敲低RecQL4导致HR和NHEJ修复活性都明显降低;RecQL4与NHEJ通路蛋白Ku80及泛素化E3连接酶RNF8互作,敲低RNF8可明显降低RecQL4泛素化水平及显著延长RecQL4在DSB损伤位点招募,提示RecQL4对NHEJ起重要调控作用。本申请目标是阐明RecQL4调控NHEJ活性和DSB损伤修复通路选择分子机制;确定其异常过表达是否通过促进NHEJ修复而导致基因组不稳定性和肿瘤易感。相关结果将为阐明RecQL4参与人类疾病发生分子机制提供理论依据和重要分子干预靶标。

结项摘要

DNA双链断裂(DSB)修复主要由高保真同源重组(HR)和易错非同源末端连接(NHEJ)两个通路完成,而后者过高或过低的活性都与基因组不稳定性相关。人类DNA解旋酶RecQL4参与DNA复制和修复,RecQL4的缺失与以基因组不稳定性为特征的常染色体隐性遗传疾病相关,而RecQL4泛素化状态是否对其DNA损伤修复功能至关重要目前尚不清楚。前期研究结果发现敲低RecQL4导致HR和NHEJ修复活性都明显降低;RecQL4与NHEJ通路蛋白Ku80及泛素化E3连接酶RNF8互作,敲低RNF8可明显降低RecQL4泛素化水平及显著延长RecQL4在DSB损伤位点招募,提示RecQL4对NHEJ起重要调控作用。本研究通过系列实验证实RecQL4与RNF8(一种E3泛素连接酶)蛋白直接互作,且共定位于DNA DSB位点。 RecQL4蛋白的K101、K876和K1048位点泛素化受RNF8催化调节。RNF8泛素化修饰RecQL4并促进结合的RecQL4解离;DSBs位点RecQL4突变体的解离延迟并可能抑制下游DSB修复蛋白的募集。通过HR和NHEJ报告系统进一步证实RecQL4敲低后明显降低DNA损伤修复效率,而回补野生型RecQL4可恢复DNA损伤修复能力。本研究还证实RecQL4与WRAP3β蛋白互作,敲低WRAP3β后细胞核RNF8在DSBs位点的募集减少,并造成RecQL4在DSBs位点滞留时间明显延长;同时RecQL4与RNF8的互作也随WRAP3β 蛋白水平升高而增强。上述结果表明RNF8介导的泛素化事件在RecQL4参与的DSB修复中发挥重要作用,为阐明RecQL4参与人类疾病发生分子机制提供理论依据。此外,本研究还证实了RecQL4对线粒体能量代谢具有促进作用,而SIRT4对RecQL4的去乙酰化会抑制线粒体能量代谢,该结果对线粒体疾病发病机制的研究具有重要意义。

项目成果

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RNF8 ubiquitinates RecQL4 and promotes its dissociation from DNA double strand breaks.
RNF8 泛素化 RecQL4 并促进其从 DNA 双链断裂中解离
  • DOI:
    10.1038/s41389-021-00315-0
  • 发表时间:
    2021-03-05
  • 期刊:
    Oncogenesis
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Tan Q;Niu K;Zhu Y;Chen Z;Li Y;Li M;Wei D;Balajee AS;Fang H;Zhao Y
  • 通讯作者:
    Zhao Y
USP33 deubiquitinates PRKN/parkin and antagonizes its role in mitophagy
USP33 去泛素化 PRKN/parkin 并拮抗其在线粒体自噬中的作用
  • DOI:
    10.1080/15548627.2019.1656957
  • 发表时间:
    2019-08-28
  • 期刊:
    AUTOPHAGY
  • 影响因子:
    13.3
  • 作者:
    Niu, Kaifeng;Fang, Hongbo;Zhao, Yongliang
  • 通讯作者:
    Zhao, Yongliang

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其他文献

A fast energy conserving finite element method for the nonlinear fractional Schrödinger equation with wave operator
波算子非线性分数阶薛定谔方程的快速节能有限元法
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  • 期刊:
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  • 通讯作者:
    赵永良
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    2019-08
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    2.1
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    李猛;黄乘明;赵永良
  • 通讯作者:
    赵永良
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空间分数阶Cahn-Hilliard方程的高效二阶能量稳定BDF格式
  • DOI:
    10.1007/s10543-021-00843-6
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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其他文献

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赵永良的其他基金

着色性干皮病基因XPD及其相关蛋白参与线粒体DNA氧化损伤修复的分子机制
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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