染色体结构维持蛋白1在端粒DNA双链断裂损伤修复中的作用及其机理

Double-strand break repair of telomeric DNA depends on homologous recombination and alternative non-homologous end joining. Homologous recombination plays an important role in telomeric DNA double-strand break repair, and it's also important for telomerase-negative tumor cells to maintain telomere length. The regulation of telomeric DNA double-strand break repair remains poorly understood, and the molecular mechanism underlying telomere maintenance in telomerase-negative tumor cells needs to be solved. In previous study, we found that phosphorylated SMC1 can bind to damaged telomeric DNA, and that SMC1 knockdown increase telomere DNA damage response. we also found that SMC1 knockdown elevate the level of C-overhang and C-circles in telomerase-negative tumor cells. These results suggest that SMC1 plays an important function both in telomeric DNA double-strand break repair and in telomerase-negative tumor cells, but further study is required to discover the underlying mechanism. This study promote the theoretical research in telomeric DNA damage and provide an important implication for the therapy of telomerase-negative tumors.

端粒DNA双链断裂损伤修复依赖于同源重组和替代型非同源末端融合机制。同源重组机制不仅在端粒DNA双链断裂损伤修复中扮演重要角色，还在端粒酶阴性肿瘤细胞端粒长度维持中具有重要作用。目前，端粒DNA双链断裂损伤修复的蛋白调控机制并不清楚，端粒酶阴性肿瘤细胞端粒长度维持分子机制尚待解决。我们前期研究发现：1）在DNA双链断裂损伤情况下，染色体结构维持蛋白1（SMC1）发生磷酸化并结合到端粒DNA损伤位点；2）当SMC1被敲低表达时，端粒DNA双链断裂损伤信号显著增加；3）敲低SMC1蛋白表达水平显著增强端粒酶阴性肿瘤细胞中C-overhang和C-circles的量。结果表明SMC1在端粒DNA双链断裂损伤修复以及端粒酶阴性肿瘤细胞中具有重要作用，但其作用机制有待进一步研究。该研究不仅拓展了端粒DNA损伤研究领域，同时还为端粒酶阴性肿瘤治疗提供新思路。

端粒是真核生物线性染色体末端的特殊结构，在维持基因组稳定中具有重要作用。端粒DNA双链断裂损伤的修复主要依赖于同源重组和替代型非同源末端融合机制。关于端粒DNA双链断裂损伤修复的蛋白调控机制研究不足，有待进一步开展。之前有研究报道黏连蛋白复合物（cohesin）在同源重组中具有重要作用，我们关注cohesin成员染色体结构维持蛋白1（SMC1）在端粒DNA损伤修复中的作用与机制。首先，我们研究发现SMC1在DNA双链断裂诱导剂处理的细胞中会发生磷酸化，并结合到端粒DNA上。接着，研究结果显示当敲低SMC1的表达时，端粒DNA上双链断裂损伤标志物增加。同时，cohesin其他成员SMC3的敲低也可引起端粒DNA损伤信号的增加。而且，SMC1在端粒DNA损伤修复中的作用并非源自cohesin对端粒结合蛋白的转录调控。上述结果说明SMC1作为cohesin复合体成员直接参与端粒DNA双链断裂损伤修复。然后，我们发现在敲低SMC1蛋白后，细胞内端粒单链DNA信号增加，同时结合单链DNA的蛋白RPA2和RAD51在端粒上共定位增加。在端粒酶阴性肿瘤细胞中，端粒长度维持依赖于同源重组的机制。我们发现当敲低SMC1时，ALT细胞中C-circle增加。最后，当持续性地降低SMC1表达时，细胞内端粒出现缩短，基因组出现不稳定。该研究证明SMC1在端粒DNA双链断裂损伤修复中有重要作用。. DNA损伤是基因组稳定的重大威胁，DNA损伤修复对细胞存活至关重要。因此，我们还研究了载脂蛋白B编辑酶催化多肽3C(APOBEC3C, A3C）蛋白在DNA损伤中的作用。我们发现当发生DNA损伤时，该蛋白的表达会明显上调。在DNA损伤药物处理时，A3C蛋白可与DNA损伤修复蛋白相互作用。当低表达A3C时，细胞内DNA损伤修复通路激活，DNA损伤信号增加。DNA损伤是肿瘤治疗的重要手段，该研究将为肿瘤防治提供新思路。