DNA聚合酶β精氨酸甲基化抗DNA损伤及肿瘤发生的机制研究

DNA polymerases β (Pol β) is a key protein in DNA base excision repair (BER) pathway. Dis-function of Pol β has been reported to be associated with many serious diseases ,including cancer. However,the mechanism of how Pol β is regulated remains unclear. In our previous study, we found that Pol β is modified by arginine methylation. Cells harboring arginine methylation- defect mutation of Pol β are more sensitive to DNA damage treatment. Moreover, we also observed that the cancer onset rate is much higher among human population with this mutation. These preliminary observation suggests the important roles of arginine methylation of Pol β in DNA damage repair and tumorigenesis. In the current proposal, we will study molecular roles of arginine methylation on the functions of Pol β and BER pathway. We will establish transgnic mouses with Pol β mutation knock-in.

DNA聚合酶β（Pol β）是DNA碱基切除修复途径（BER）中的一个关键蛋白。Pol β功能失调将导致包括肿瘤在内的许多重要疾病。然而，对Pol β的调节机制仍不清楚。在前期的研究中，我们发现Polβ可以被蛋白质精氨酸甲基化修饰。Pol β精氨酸甲基化位点突变导致细胞对DNA损伤的耐受大大降低。而且，含有该突变基因的人群的肿瘤发生率大幅上升。由此提示了Pol β精氨酸甲基化在DNA损伤修复及抗肿瘤发生中的重要作用。在本项目中，我们将进一步研究精氨酸甲基化在调控Pol β功能及BER途径中的具体机制。此外，我们也将构建Pol β精氨酸甲基化位点突变的转基因小鼠，研究蛋白质精氨酸甲基化缺失导致肿瘤发生的分子过程。研究结果将有助于揭示环境因素（如DNA损伤）与基因背景（如甲基化缺失突变）相互作用，导致疾病产生的机制，因而具有重要的理论意义与潜在的应用前景。

DNA分子的完整性和稳定性对于维持正常的生命活动极为重要。人体细胞内庞大的DNA分子数量以及DNA分子结构本身的脆弱性，使其很容易在多种内源性和外源性的因素作用下而受到损伤。这些损伤如得不到修复，将导致极为严重的疾病。例如，癌症、唐氏综合症等。因此，研究DNA修复途径的具体机制及其调控过程对于了解疾病的发生机理，并制定相应的诊疗和预防措施，具有极其重要的意义。本研究着眼于碱基切除修复过程中关键酶Polβ的精氨酸甲基化修饰，以R152C和R137Q两个突变体作为研究重点，研究精氨酸甲基化对于Polβ功能及肿瘤形成的影响。研究结果表明，R137和R152是Polβ上两个至关重要的精氨酸甲基化位点，R137Q和R152C突变虽然不影响Polβ的结构，但将直接损伤其聚合酶活性，显著下调碱基切除修复的效率。继而导致细胞内积累DNA双链断裂等更多DNA损伤修复的中间产物，影响基因组的稳定性，细胞周期检验点随之激活，细胞周期受到抑制，细胞凋亡增加。同时也增加了细胞向肿瘤细胞转化的可能。本项目提出的蛋白质精氨酸甲基化影响肿瘤发生是对以往Polβ引发肿瘤的一个有力补充，进一步揭示了环境因素（DNA损伤）与基因背景（如甲基化位点突变的SNP）相互作用，导致疾病发生的机制。同时也为含有该SNP位点的人群罹癌风险进行评估，并为其制定个性化的临床诊疗策略提供理论依据。