由基因组科学家和 DNA 损伤反应专家组成的团队开展的新研究为理解目前在癌症治疗临床试验中受到限制的蛋白质的功能开辟了新局面。
这项新研究由北卡罗来纳大学夏洛特分校 Yan 实验室的赵海超博士领导，展示了 DNA 单链断裂 (SSB) 如何诱导 ATM 介导的信号传导以修复 DNA 损伤——阐明了 SSB 诱导的 ATM 激酶的独特机制，并为 APE1 的功能提供了重要启示。
在今天发表于《自然通讯》杂志上的这项新研究中，研究人员展示了他们使用基于质粒的 SSB 结构来研究 APE1 在 DNA 损伤反应 (DDR) 信号通路中的关键作用。除其他发现外，该出版物详细介绍了 SSB 在 ATR 之前诱导 ATM 激活的结果，在 DNA 尝试进行修复时暂时阻止细胞周期进程。而且——这项研究的意义在于——该团队发现了多功能酶 APE1 在 SSB 诱导的 ATM DDR 信号中发挥积极作用的直接证据。
研究人员写道：“我们证明 APE1 通过至少两种机制促进 SSB 诱导的 ATM DDR：APE1 核酸外切酶活性介导的 SSB 处理和 APE1 介导的 ATM 直接募集到 SSB。”
在北卡罗来纳大学夏洛特分校 Yan 实验室先前工作的基础上，这些发现对我们了解 SSB DNA 修复和细胞反应迈出了重要一步，并可能为未来一系列人类疾病（如癌症和心力衰竭）的治疗抑制剂选择做出贡献。
北卡罗来纳大学夏洛特分校生物科学系教授、研究副主任、夏洛特基因组完整性和癌症计划 (GICI) 项目负责人 Shan Yan 博士表示：“这些发现将在未来数年对该领域产生深远影响。”
我们改变了对 ATM 信令如何激活的理解。”
Shan Yan 博士 – 北卡罗来纳大学夏洛特分校生物科学系教授、研究副主任
《DNA单链断裂和APE1对ATM信号的独特调控》的主要作者赵海超表示，这项研究可能支持未来的临床试验——既用于攻击癌细胞和其他危及生命的疾病，也用于在治疗期间保护非恶性细胞。
赵教授表示：“我们掌握的有关DNA损伤（和修复）的数据或信息越多，我们就越能为癌症患者开发出更好的治疗方法。”
DNA 损伤反应是一种进化途径，旨在维持基因组的完整性，因为人类细胞几乎一直受到来自内部和外部因素的攻击。DNA 损伤通常会触发 DDR，即发出“级联”信号，正如研究所述，包括转录激活、修复和细胞周期停滞。
虽然 DNA 损伤修复研究对于细胞对双链断裂 (DSB) 的反应更为成熟，但赵和颜表示，围绕 SSB 的知识空白仍然存在。颜表示，特别是，分子生物学家几乎没有关于 APE1 在 SSB 位点的确切功能的直接证据。
赵指出，过去，研究人员普遍认为功能性 DSB 研究更为紧迫，因为这种类型的 DNA 损伤与癌症密切相关。然而，SSB 可能预示着更致命的双链损伤的发展。此外，SSB 损伤发生的频率要高得多——在人类细胞中每天发生超过 10,000 次。在每种情况下，都必须启动修复机制来保护基因组的完整性。人们认为，随着时间的推移，SSB 的积累会导致或引起癌症和疾病。
赵立坚表示，SSB 研究的突破，对未来针对“上游”健康风险的转化和临床应对具有潜力。
赵教授等的研究首次明确证实了APE1作为ATM激酶的直接激活剂，促进单链DNA损伤修复，也为ATM依赖的DDR通路由特定DNA结构的SSB激活提供了直接证据。
此外，北卡罗来纳大学夏洛特分校的研究提出了一个有趣的问题，即在没有 DNA 的情况下， APE1 过度表达是否可以持续激活 ATM 。该团队提出了这个问题，并指出了研究中的 HSS 系统，其中 APE1 寡聚化 - 证明了体外直接的 ATM 激酶刺激。
在这项研究中，研究人员为未来的实验提出了理由：“APE1 过表达诱导的 ATM 介导的 DDR 信号传导的潜在作用是什么？APE1 通常被发现在癌细胞中过度表达......并且与癌症患者的总体生存率较低有关。”
在 Yan 实验室，研究人员利用雌性非洲爪蟾（ Xenopus laevis）的卵子来生产高速上清液（HSS）卵提取物，随后引入来自大肠杆菌的纯化质粒 DNA 结构。然后，研究人员在 HSS 中孵育不同浓度的 SSB 和对照质粒。研究表明，APE1 “在 SSB 信号传导的早期阶段被招募到 SSB 质粒中”。此外，研究表明 ATM 是由 SSB 激活的。
研究人员写道：“ATM 和 ATR DDR 通路都是癌症等疾病临床试验的目标，这凸显了 ATM 和 ATR 如何被激活以维持基因组稳定性的基础机制研究的重要性。”
