细胞自噬通过SQSTM1/p62调控由DNA损伤引起的组蛋白泛素化

Autophagy is an intracellular degradation system that delivers cytoplasmic constituents to the lysosome. p62/SQSTM1, an ubiquitin and LC3 binding protein, is a selective autophagy substrate and cargo receptor for degradation of ubiquitinated substrates by autophagy. The importance of autophagy in DNA damage repair process is clear, however, the detailed molecular mechanism is still largely unknown. In view of the significant relationship between autophagy and ubiquitination which participate in DSB response, it would be consistent to find whether ubiquitination is involved in autophagy regulated DNA repair.In our previously study, we found that DNA damage induced histone H2A ubiquitination was suppressed in autophagy- deficient cells in a p62 dependent manner. Therefore, our research will focus on the relationship between autophagy and histone ubiquitination. Identification autophagy regulated DNA repair will gave the way to providing valuable targets for therapeutic intervention in tumor.

细胞自噬是一种可以将细胞质成分运送入溶酶体进行降解的特殊的蛋白降解途径。泛素和LC3结合蛋白p62/SQSTM1，是选择性自噬的底物之一，p62也可以作为一种受体蛋白来介导自噬引起的泛素化底物降解。细胞自噬在DNA损伤修复过程中发挥着重要的作用，但是其具体的分子机制仍然是未知的。在我们的前期研究中发现DNA损伤引起的组蛋白H2A/H2AX泛素化在自噬缺陷的细胞受到明显抑制，并且该抑制作用是以一种p62依赖的方式发生。在本项目中，我们的研究内容和目标将主要集中在细胞自噬与DNA损伤诱导的组蛋白泛素化之间的的关系，探讨细胞自噬影响组蛋白泛素化的分子机制，并探讨其在肿瘤发生中的作用，为治疗肿瘤提供理论基础。

自噬作为细胞生存的一种机制在清除损伤、衰老细胞器等生理过程中发挥重要作用，对细胞内稳态维持具有重要的意义。目前已在许多种疾病中发现细胞自噬过程的损伤或缺失。虽然自噬是在细胞质内发生的过程，但自噬的缺失会增加基因组的不稳定性并导致相关疾病发生，目前对于这一病理现象仍缺乏足够了解。泛素结合蛋白p62/SQSTM1是一种作用于选择性自噬的多功能蛋白，除了作为自噬受体蛋白外，其本身也是自噬的选择性底物之一。我们发现在DNA双链断裂损伤的情况下，细胞自噬的缺失会导致p62的大量聚积，而p62可以直接与DNA修复中重要E3连接酶RNF168发生直接相互作用并抑制RNF168的活性，由此导致组蛋白泛素化的减少，使得DNA修复蛋白不能被招募到DNA损伤位点，导致DNA损伤修复不能正常进行，最终增强了放疗对自噬缺乏肿瘤细胞的敏感性。之前学界认为p62可以介导胞浆内泛素化蛋白质的自噬性降解，而我们的发现首次报道p62还可以影响核内组蛋白的泛素化。此外，我们的研究还证实了p62如何作为桥梁，参与到自噬与DNA损伤反应之间的复杂调控。.谷氨酰胺是肿瘤细胞合成代谢所需的关键底物，对细胞适应谷氨酰胺限制的策略的研究为癌症治疗提供了新的机会。我们发现，谷氨酰胺缺乏时，自噬缺陷细胞从细胞外环境中摄取的氨基酸增加，从而使细胞内氨基酸浓度上升。为了确定自噬缺陷细胞中氨基酸摄取增加的机制，研究人员检测了所有介导氨基酸摄取的氨基酸转运蛋白基因的表达水平，发现其中的7种在自噬缺陷的肿瘤细胞中表达增加。氨基酸缺乏的情况下，转录因子ATF4与这些AAT基因启动子区域的CEBP-ATF反应元件结合，在维持氨基酸稳态和调节AAT基因表达中起关键作用。此外，研究人员发现，组蛋白去乙酰化酶SIRT6被招募到AAT基因的启动子去乙酰化H3K56，抑制ATF4的转录活性。而在自噬缺陷的细胞中，活化的NRF2通过破坏SIRT6和ATF4之间的相互作用来增强ATF4转录活性。以这种方式，自噬缺陷细胞中AAT基因表达增加，氨基酸摄取增加。抑制氨基酸摄取可以降低谷氨酰胺缺乏的自噬缺陷细胞的活力，但在野生型细胞中没有显著差异，这表明自噬缺陷的肿瘤细胞在谷氨酰胺饥饿时通过增加外源氨基酸摄取维持细胞生存。