基因組守護(hù)神ATR的雙重控制

日期：2014-12-23 08:57:31

我們的基因組不斷遭遇DNA損傷事件。隨著損傷的積累，我們的細(xì)胞會做出反應(yīng)并中止細(xì)胞分裂過程，從而給修復(fù)機(jī)制采取行動的時間。要做到這一點，兩種主要的蛋白激酶（稱為ATR和ATM，由著名的腫瘤抑制基因編碼），可激活一連串的磷酸化事件。這些檢查點級聯(lián)的下游讀取已經(jīng)得到了很好的描述，但是主要激酶本身的調(diào)控一直還是個謎。Susan Gasser實驗室的學(xué)生Nicole Hustedt，利用復(fù)雜的酵母遺傳學(xué)和磷酸化蛋白組學(xué)相結(jié)合，檢測了這一問題。她發(fā)現(xiàn)，酵母Mec1激酶的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子——酵母ATR同源物，是一種磷酸酶，其可直接逆轉(zhuǎn)許多損傷誘導(dǎo)的Mec1激酶靶標(biāo)的修復(fù)。所確定的磷酸酶，稱為PP4，不僅可去磷酸化Mec1靶標(biāo)，還能夠直接與激酶相互作用，調(diào)節(jié)其在細(xì)胞周期中的活性。

這指出了一種顯著的調(diào)控原則：主要激酶ATR/Mec1似乎被一種磷酸酶所抵消，它與這種酶一起形成一種復(fù)合物。這種嵌合體可調(diào)節(jié)DNA損傷檢查點反應(yīng)，以使細(xì)胞幸免于DNA損傷。

基因組的適當(dāng)復(fù)制，是有機(jī)體生存非常關(guān)鍵的一個過程。然而，我們?nèi)旧w中積累過多的錯誤和損傷，可導(dǎo)致細(xì)胞死亡或癌癥。為了確保基因組的完整性，檢查點激酶通過一連串的磷酸化事件，控制細(xì)胞分裂周期。這些可延遲細(xì)胞分裂，并刺激適當(dāng)和及時的修復(fù)。

為了揭示上游DNA損傷檢查點激酶的調(diào)控機(jī)制，Friedrich Miescher 生物醫(yī)學(xué)研究所的Susan Gasser及其研究小組，利用已經(jīng)在出芽酵母中進(jìn)行優(yōu)化的強(qiáng)大遺傳學(xué)技術(shù)，稱為高通量基因遺傳學(xué)相互作用圖譜方法（E-MAP）。合成遺傳學(xué)與磷酸化相互作用與蛋白組學(xué)相結(jié)合，是在FMI的蛋白質(zhì)分析裝置上進(jìn)行的，結(jié)果研究人員發(fā)現(xiàn)，有一種新的調(diào)控相互作用，在基因組復(fù)制過程中控制著DNA損傷檢查點。

大型組合化遺傳學(xué)方法E-MAP，可讓研究人員確定在一個給定過程中共同行動或相互拮抗的一對基因。這被應(yīng)用于Mec1調(diào)控的DNA損傷應(yīng)答。FMI研究生Nicole Hustedt發(fā)現(xiàn)，只有一對基因能有效地抵消Mec1介導(dǎo)的檢查點級聯(lián)中的缺陷。所發(fā)現(xiàn)的這兩個基因，都編碼PP4亞基（一種磷酸酶）。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在最近的《Molecular Cell》雜志，表明PP4磷酸酶Pph3-Psy2，可調(diào)節(jié)大量的Mec1磷酸化靶標(biāo)。因此，它有助于磷酸化和去磷酸化之間的平衡。這允許對損傷誘導(dǎo)的檢查點激活做出快速有效的反應(yīng)，最終，恢復(fù)細(xì)胞周期。有趣的是，他們還發(fā)現(xiàn)，PP4磷酸酶可與Mec1物理相互作用，形成一種復(fù)合物，該復(fù)合物包含一種激酶和一種磷酸酶。

Gasser評論說：“這兩種酶以協(xié)調(diào)一致、但卻相反的方式行動，這很容易對細(xì)胞周期中的Mec1活性進(jìn)行調(diào)節(jié)。中和修改是DNA損傷檢查點的陰陽兩面。”

控制細(xì)胞周期和激活檢查點的機(jī)制，在生物之間是保守的。Mec1和Pph3-Psy2有哺乳動物同系物，它們也相互作用。Gasser評論說：“通過在酵母中了解這種相互作用，我們可以跳躍到人類細(xì)胞，表明哺乳動物Mec1同系物ATR的調(diào)節(jié)，是使用了相同的機(jī)制。這有助于我們了解某些可確保基因組完整性的過程，從而防止致癌轉(zhuǎn)化。”

Epistatic miniarray分析——E-MAP

利用E-MAP，科學(xué)家們正在尋找某些突變蛋白質(zhì)，它們既可以減輕也可以加重另外一個已知突變的作用。這種基因相互作用分別被稱為強(qiáng)性的或附加的，并且他們的分析可以揭示通路的結(jié)構(gòu)和功能。E-MAP可以一種高通量和半定量的方式，測量蛋白質(zhì)的遺傳相互作用。實驗的基礎(chǔ)是一種定量表型，如生長。然后，該方法確定了在某些情況下會更好或更糟的突變組合。然后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類，從而可讓研究人員確定直接或不直接與第一個突變相互作用的基因。在上述提到的實驗中，科學(xué)家們測量了當(dāng)缺乏功能性Mec1時的突變體生長。從而確定了屏蔽Mec1突變影響的蛋白質(zhì)。