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基因组守护神ATR的双重控制

普罗安蒂蛋白表达 2018-07-11

我们的基因组不断遭遇DNA损伤事件。随着损伤的积累,我们的细胞会做出反应并中止细胞分裂过程,从而给修复机制采取行动的时间。要做到这一点,两种主要的蛋白激酶(称为ATR和ATM,由著名的肿瘤抑制基因编码),可激活一连串的磷酸化事件。这些检查点级联的下游读取已经得到了很好的描述,但是主要激酶本身的调控一直还是个谜。Susan Gasser实验室的学生Nicole Hustedt,利用复杂的酵母遗传学和磷酸化蛋白组学相结合,检测了这一问题。她发现,酵母Mec1激酶的关键调节因子——酵母ATR同源物,是一种磷酸酶,其可直接逆转许多损伤诱导的Mec1激酶靶标的修复。所确定的磷酸酶,称为PP4,不仅可去磷酸化Mec1靶标,还能够直接与激酶相互作用,调节其在细胞周期中的活性。

这指出了一种显著的调控原则:主要激酶ATR/Mec1似乎被一种磷酸酶所抵消,它与这种酶一起形成一种复合物。这种嵌合体可调节DNA损伤检查点反应,以使细胞幸免于DNA损伤。

基因组的适当复制,是有机体生存非常关键的一个过程。然而,我们染色体中积累过多的错误和损伤,可导致细胞死亡或癌症。为了确保基因组的完整性,检查点激酶通过一连串的磷酸化事件,控制细胞分裂周期。这些可延迟细胞分裂,并刺激适当和及时的修复。

为了揭示上游DNA损伤检查点激酶的调控机制,Friedrich Miescher 生物医学研究所的Susan Gasser及其研究小组,利用已经在出芽酵母中进行优化的强大遗传学技术,称为高通量基因遗传学相互作用图谱方法(E-MAP)。合成遗传学与磷酸化相互作用与蛋白组学相结合,是在FMI的蛋白质分析装置上进行的,结果研究人员发现,有一种新的调控相互作用,在基因组复制过程中控制着DNA损伤检查点。

大型组合化遗传学方法E-MAP,可让研究人员确定在一个给定过程中共同行动或相互拮抗的一对基因。这被应用于Mec1调控的DNA损伤应答。FMI研究生Nicole Hustedt发现,只有一对基因能有效地抵消Mec1介导的检查点级联中的缺陷。所发现的这两个基因,都编码PP4亚基(一种磷酸酶)。相关研究结果发表在最近的《molecular Cell》杂志,表明PP4磷酸酶Pph3-Psy2,可调节大量的Mec1磷酸化靶标。因此,它有助于磷酸化和去磷酸化之间的平衡。这允许对损伤诱导的检查点激活做出快速有效的反应,最终,恢复细胞周期。有趣的是,他们还发现,PP4磷酸酶可与Mec1物理相互作用,形成一种复合物,该复合物包含一种激酶和一种磷酸酶。

Gasser评论说:“这两种酶以协调一致、但却相反的方式行动,这很容易对细胞周期中的Mec1活性进行调节。中和修改是DNA损伤检查点的阴阳两面。”

控制细胞周期和激活检查点的机制,在生物之间是保守的。Mec1和Pph3-Psy2有哺乳动物同系物,它们也相互作用。Gasser评论说:“通过在酵母中了解这种相互作用,我们可以跳跃到人类细胞,表明哺乳动物Mec1同系物ATR的调节,是使用了相同的机制。这有助于我们了解某些可确保基因组完整性的过程,从而防止致癌转化。”

Epistatic miniarray分析——E-MAP

利用E-MAP,科学家们正在寻找某些突变蛋白质,它们既可以减轻也可以加重另外一个已知突变的作用。这种基因相互作用分别被称为强性的或附加的,并且他们的分析可以揭示通路的结构和功能。E-MAP可以一种高通量和半定量的方式,测量蛋白质的遗传相互作用。实验的基础是一种定量表型,如生长。然后,该方法确定了在某些情况下会更好或更糟的突变组合。然后,对数据进行聚类,从而可让研究人员确定直接或不直接与第一个突变相互作用的基因。在上述提到的实验中,科学家们测量了当缺乏功能性Mec1时的突变体生长。从而确定了屏蔽Mec1突变影响的蛋白质。