Nature：DNA修復關鍵分子的雙重功能
日期：2012-05-09 08:16:09
一個DNA修復的關鍵性分子也參與阻礙了DNA修復，這一雙重作用蛋白解開了長期以來存在的秘密。
修復DNA斷裂可以挽救細胞的生命，然而關閉這一修復機器同樣也非常重要。對于細胞是如何完成這一“壯舉”的，至今科學家們仍不是很清楚。近期來自約翰霍普金斯大學的科學家們在新研究中發現關閉這一修復機器很大程度上依賴于最初用于啟動修復的同一個分子。這一研究成果發布在《自然》（Nature）雜志上。
領導這項研究的是來自約翰霍普金斯大學醫學院生物物理學和生物物理化學系教授Cynthia Wolberger博士。Wolberger說許多原因可導致DNA鏈的雙螺旋兩側斷裂，包括接觸紫外光線、其他種類的輻射或某些化合物。如果得不到修復這些大的斷裂有可能對細胞致命，或是因錯誤修復引起癌癥或其他疾病。因此，將修復機器招募至斷裂位點快速有效地修補這些斷裂對于維持細胞活力和健康至關重要。然而，如果在任務完成后修復機器還繼續運行，則有可能不斷嘗試修復是細胞管家正常部分和基因表達必需的斷裂從而導致細胞破壞。
雙鏈DNA修復過程開始于一種稱為ubiquitin的分子（眾所周知其功能是將不需要的蛋白質標記為細胞垃圾桶）與賴氨酸形成連接之時。賴氨酸附著在DNA斷裂位點上，充當信號修復機器的標志。一種稱為UBC13的蛋白是形成這些連接的必要條件。從前的研究表明去泛素化酶OTUB1 在終止連接形成中發揮重要作用，然而不同于其他相似的酶它似乎沒有通過裂解ubiquitin連接或將ubiquitin從其他蛋白質處去除來發揮作用。
為了弄清楚真實發生的事件，Wolberger及同事們一開始對OTUB1進行了生化分析。他們發現這個酶包含兩個不同的ubiquitin結合位點：一個在龐大的球狀部，另一個在球狀部延伸的尾部。當研究人員利用化學方法刺激ubiquitin結合到球狀部時，實驗表明這一結合是激活OTUB1抑制連接形成的必要條件。
“真正的抑制子并不只是OTUB1，而是OTUB1與ubiquitin結合，”Wolberger解釋道。
進一步的實驗表明OTUB1上的第二ubiquitin結合位點似乎是提供給UBC13搬運的ubiquitin的。研究人員發現當OTUB1通過與第二個ubiquitin結合而與UBC13形成復合物時，它敲除了對UBC13功能至關重要的一個亞基。
研究人員在下一步的實驗中弄清了這一亞基從UBC13被移除的機制。通過解析激活OTUB1的三維結構，他們發現結合在球狀部位的游離ubiquitin通過影響OTUB1尾部位置觸發了OTUB1結合到UBC13所必需的形狀改變。
Wolberger說沒有這一亞基，UBC13即不再能夠形成ubiquitin連接，沒有了修復機器的這些標志，細胞中的DNA修復停止。OTUB1還阻止了UBC13招募至DNA斷裂位點，進一步干擾了其活性。
Wolberger表示新研究除解開了一個細胞生物學的秘密，研究發現還可能最終為制造出幫助細胞損傷后更有效修復DNA的藥物奠定基礎。通過制造出可結合OTUB1或UBC13的分子，研究人員或許能夠在選擇性情況下干擾這一正常關閉的過程，使DNA修復機器運行得更長久。
研究發現還表明細胞中的其他酶，尤其是與ubiquitin相關的酶有可能具有多種尚未被發現的功能。
“就我們所知，在基因組中就有超過100種去泛素化酶，但是我們對于它們的功能卻并不清楚，”Wolberger說。
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