当前位置:首页师资队伍PI黄 俊研究方向与进展
细胞内基因组随时面临着来自体外和体内的各种损伤因素的挑战,如果DNA的损伤得不到及时修复,则会导致细胞的细胞周期紊乱、细胞凋亡、癌症发生等等恶性结果。因此,如何正确完成DNA的损伤修复并维持基因组的稳定性,对于细胞的存活进而防止肿瘤等重大疾病的发生起着至关重要的作用。因而,与此相关的分子机制研究是DNA损伤修复生物学的核心内容,对于肿瘤的诊断、抗肿瘤药物的设计等都具有重要的理论指导意义。本实验近年来主要致力于DNA交联损伤修复和同源重组修复的分子机理研究,具体研究方向和已经获得的研究进展如下:
 
1. FAN1在DNA交联损伤修复通路中的分子机制的研究

DNA交联损伤修复(DNA Cross-Link Lesion repair)属于一种较为常见的DNA修复方式,它主要是用来修复由DNA双螺旋内部发生交联而引起的严重的DNA损伤,其修复过程十分复杂,主要通过范可尼贫血症(Fanconi Anemia,FA)信号通路来实现。范可尼贫血症是一种表现为基因组不稳定性的遗传性综合征, 属于一种较罕见的常染色体隐性遗传性血液系统疾病,这类病人通常在年幼时发病,除了有典型性再障表现外,还常伴有多发性的先天畸形。范可尼贫血症的一个重要特点就是范可尼贫病人细胞系对DNA 交联剂如丝裂霉素C(Mitomycin C,MMC)等高度敏感。目前已发现有十五个基因的突变能够导致范可尼贫血症的发生。这十五个基因所编码的蛋白组成了FA信号通路。近年来的研究进展显示范可尼贫血症其内在的发病原因就是由于FA信号通路的失活,导致不能有效修复DNA交联损伤而引起的DNA的复制以及转录的异常。在有DNA交联损伤发生时,FA核心E3泛素连接酶复合体单泛素化并激活下游由FANCI和FANCD2组成的ID底物复合物,经过近20年的研究,我们知道FA核心E3连接酶复合体单泛素化并激活ID底物复合体是FA信号通路中的关键步骤,然而活化后的ID复合物是如何修复DNA交联损伤位点的具体分子机制一直未能得到澄清。

本实验室在2010年成功的克隆出了一个新的基因,其编码的蛋白被我们命名为FAN1(Fanconi anemia-Associated Nuclease 1)。研究结果表明,FAN1同时具有泛素结合活性的锌指结构域以及核酸内切酶结构域,通过与泛素分子的直接相互作用,FAN1被活化的单泛素化的ID复合体招募到DNA交联损伤位点,然后通过其内切核酸酶的活性对DNA交联损伤位点进行剪切,从而得到适合同源重组修复的DNA底物。这一研究成果填补了DNA交联损伤修复通路遗留的一个重要空缺,并将为范可尼贫血症病人的诊断和治疗提供了一个新的分子靶标。

上述相关研究发表于国际顶级期刊《Science》。而几乎与此同时,生物学顶级刊物《Cell》以及《Molecular Cell》上三篇独立的研究论文也分别报道了这一FA信号通路中的关键因子FAN。与我们的《Science》研究论文一起,这些论文分别从不同的侧面阐述了FAN1在FA信号通路中的重要功能及作用机制,为范可尼贫血症病人的治疗提供了一个全新的分子靶标,其重要性已经得到了相关领域研究人员的广泛关注。《Molecular Cell》、《Genes & Development》以及《Nature Structural & Molecular Biology》等杂志先后专门发表了相关评述文章 (18-20),Science News也专门拟稿报道了这一突破性进展。该论文还入选“2010年中国百篇最具影响国际学术论文”。2011年黄俊博士还应邀就该进展在Protein & Cell上发表评述文章“The Fanconi anemia pathway and DNA interstrand cross-link repair“。


 
2. 人Shu复合物的克隆以及分子机制研究

Shu蛋白复合物在酵母的同源重组修复过程中起着非常重要的作用,然而由于Shu蛋白亚基在不同物种间不具有明显的序列上的相似性,因而人Shu蛋白复合物如何组成及其功能一直还不清楚。本实验室最近率先通过生化纯化方法克隆出一个新的人Shu蛋白复合物亚基SWSAP1/C19orf39,并发现SWSAP1能够与hSWS1组成人的细胞中的Shu蛋白复合物。实验发现该蛋白复合物具有单链DNA结合活性以及ATP酶活性,在细胞内降低SWSAP1的表达会减弱人的细胞的同源重组能力。这一研究结果表明Shu蛋白复合物在进化的过程中具有高度的保守性。部分研究结果2011年发表于《The Journal of Biological Chemistry》。
 
3. SPIDR在布鲁姆综合症及同源重组修复信号通路中的分子机制研究

布鲁姆综合症(Bloom’s syndrome)也是一种表现为基因组不稳定性的类似于范可尼贫血症的遗传性综合症,是属于一种较罕见的常染色体隐性遗传性疾病。这类病人通常在年幼时发病,在检查染色体时常见断裂和重新排列,还常伴有多发性的先天畸形。BLM基因的突变是导致布鲁姆综合症发病的主要原因,BLM是属于RecQ家族的解旋酶。当DNA发生双链断裂时,BLM解旋酶复合物能够被迅速的招募到DNA损伤诱导位点(DNA damage-induced foci),进而能够促进同源重组的重要修复中间产物dHJ(double Holliday Junction)结构的解开生成没有发生遗传物质交换的精确同源重组修复产物(Non-crossover product)。相应的,在BLM缺失的布鲁姆综合症病人细胞中,由于同源重组修复的中间产物dHJ结构只能通过核酸内切酶GEN1等的切割从而生成发生遗传物质交换的错误同源重组修复产物(Crossover product),导致同源姐妹染色单体重排(Sister Chromatid Exchange, SCE)频率的升高。因而患布鲁姆综合症的病人也因为基因组的不稳定性在年幼时期大量高发各种恶性肿瘤。

经过多年的研究,虽然我们知道BLM解旋酶可以协同同源重组修复起始蛋白RAD51重组酶一起确保同源重组的起始以及修复产物的高保真性,然而其具体的协同作用分子机制并不清楚。我们利用本实验室成熟的TAP(Tandem Affinity Purification)蛋白纯化系统纯化了BLM解旋酶复合物并进行蛋白质谱测序,发现一个新的蛋白KIAA0146也存在于BLM蛋白复合物中。实验结果表明KIAA0146可能作为一个重要的支架蛋白整合以RAD51为中心的同源重组修复起始以及以BLM为中心的高保真性修复产物获得过程,确保了在DNA双链断裂损伤发生后的正确修复。同时根据以上实验结果,我们把新基因KIAA0146命名为SPIDR (Scaffolding Protein Involved in DNA Repair),相关研究结果发表于2013年的美国科学院院刊《PNAS》。