TEX264介导的选择性自噬:DNA损伤修复中的关键角色
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在细胞生存中,DNA修复和自噬是两个至关重要的过程。DNA修复通过修复基因组中的损伤,确保基因组的稳定性;自噬则通过清除细胞内多余或受损的蛋白质和细胞器,维持细胞的稳态。拓扑异构酶I(TOP1)在DNA复制和转录过程中起着关键作用,负责通过切断DNA并形成超螺旋结构,缓解DNA的扭转应力。然而,TOP1与DNA形成的共价复合物(TOP1cc)却是一种有害的DNA损伤,可能导致基因组的不稳定,进而引发细胞死亡。
传统的TOP1cc修复主要依赖于酪氨酸DNA磷酸二酯酶1(TDP1)或MRE11核酶来完成,但这些修复机制与蛋白质降解途径之间的关系尚不清楚。近期,牛津大学拉德克利夫医院的Kristijan Ramadan研究团队在《Cell》杂志上发表了一篇题为“TEX264 drives selective autophagy of DNA lesions to promote DNA repair and cell survival”的文章,揭示了TEX264在DNA损伤修复中的关键作用。研究发现,TEX264通过介导选择性自噬参与TOP1cc的修复,确保了基因组的稳定性与细胞的存活。
首先,研究团队通过免疫共沉淀和蛋白质组学分析发现,自噬相关蛋白(如Beclin-1、TEX264、CHMP7等)在DNA复制叉附近富集,且在CPT(诱导DNA复制压力的化合物)处理后这种富集现象更加显著。这一发现提示自噬可能在应对DNA复制压力时发挥作用。随后,研究者使用LysoIP技术分离溶酶体,并通过质谱分析了其蛋白质组成。结果显示,CPT处理后,溶酶体中存在大量DNA复制相关蛋白质及核蛋白,表明溶酶体可能直接参与DNA损伤的清除。
进一步的实验表明,当使用CPT处理细胞时,mTOR抑制剂Torin可促进TOP1cc的修复,而自噬抑制剂ATG7的缺失则完全阻止了这一过程,证明了自噬在TOP1cc修复中的核心作用。此外,其他自噬相关蛋白(如syntaxin 17和RB1CC1)也参与了TOP1cc的降解过程,进一步证明了自噬修复TOP1cc的过程是一个复杂的网络。
为了深入研究TOP1cc的降解机制,研究团队使用mCherry-TOP1-GFP报告系统发现,TOP1cc可以通过溶酶体进行降解。通过分析γ-H2AX 和53BP1的定位,研究人员还发现,CPT处理引发的DNA损伤主要表现为复制压力,而非双链断裂。并且,在DNA复制压力下,ATR抑制剂VE-822显著抑制了TOP1cc的运送,而ATM抑制剂KU-55933则没有这种效果,这表明ATR在响应DNA复制压力和促进TOP1cc的降解过程中起着关键作用。
自噬抑制剂的使用显示出,自噬不仅有助于修复TOP1cc,还能防止低剂量CPT处理后形成蛋白质聚集物,这进一步说明自噬在维持细胞稳态中的作用。此外,MRE11核酶在将TOP1cc从细胞核运送到溶酶体中起着关键作用,而TDP1和MUS81则未在这一过程中发挥显著作用。使用LysoIP-Seq技术分离的溶酶体中的DNA片段显示,这些片段大多来自内含子和着丝粒区域,表明溶酶体在清除DNA损伤时能够同时降解DNA和相关蛋白质部分。
总结来说,这项研究揭示了选择性自噬在DNA修复中的进化保守功能,并证明其在维持基因组稳定性和细胞存活中的关键作用。此外,研究还指出,TEX264的表达水平可能与化疗反应有关,特别是在使用TOP1抑制剂治疗结直肠癌患者时,这一发现为未来个性化治疗提供了新思路。
2025-01-19
2025-01-19
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