蛋白相互作用组分析研究DNA损伤修复在基因组稳定性维护中的作用机制

DNA repair is the core system for genome stability maintenance, which is highly related to cancer development and therapy. Protein interactions form the molecular backbone of cell biology, where proteins assemble into metastable complexes to constitute bioactive units. These complexes then dynamically interact with each other in context of larger networks to carry out varying biological functions. Thus, the interactome analysis of protein complexes and protein interaction networks is critical for biological research. However, limitations of high-throughput methods for protein complex purification hinder the interactome analysis, especially in human cells. We have developed a high-throughput method for measuring protein-protein interactions by affinity purification of tagged protein baits followed by mass spectrometry (AP/MS). With this method, we have purified 263 DNA repair related and 42 un-related protein complexes, which were identified by followed mass spectrometry. We will continue this work until a map of DNA repair protein interaction network is established. This map will provide a new insight of the genome stability maintenance mechanism, which will further promote the understanding of cancer development and cancer therapy.

DNA损伤修复在基因组维护与肿瘤发生发展及诊治中都发挥了至关重要的作用。蛋白相互作用是蛋白实现它们各自功能的基础。系统地了解体内蛋白复合物组成及复合物间的相互作用，可以极大地促进对细胞生命活动机理的探索。然而由于高通量的蛋白复合物纯化技术的限制，系统的蛋白相互作用组的研究还进行得非常少，包括DNA修复领域。我们发展了一套适用于高通量的蛋白复合物纯化技术。应用这项技术，我们将对DNA损伤修复进行相互作用组的研究。在前期工作中，我们已经完成了263个DNA修复相关的蛋白复合物（>85%已知DNA修复蛋白）的纯化和质谱鉴定工作，并着重对双链断裂修复新蛋白进行了功能和机制研究。我们将继续这项相互作用组研究，用于建立一个相对完整的DNA修复相关的蛋白相互作用网络图谱，并着重研究双链断裂修复。该图谱的完成，将推动对DNA损伤修复在基因组维护中的作用机理的理解，从而促进肿瘤的防治和抗肿瘤新药的研制。

DNA损伤修复在基因组维护与肿瘤发生发展及诊治中都发挥了至关重要的作用。蛋白相互作用是蛋白实现它们各自功能的基础。系统地了解体内蛋白复合物组成及复合物间的相互作用，可以极大地促进对细胞生命活动机理的探索。然而由于高通量的蛋白复合物纯化技术的限制，系统的蛋白相互作用组的研究还进行得非常少，包括DNA修复领域。我们发展了一套适用于高通量的蛋白复合物纯化技术。应用这项技术，我们将对DNA损伤修复进行相互作用组的研究。该项目完成了300个左右DNA修复相关和42个不相关的蛋白复合物的纯化和质谱鉴定工作，建立一个相对完整的DNA修复相关的蛋白相互作用网络图谱，并鉴定和研究了多个新DNA修复相关蛋白。..该研究发现， DNA损伤应答途径中的重要因子MRN（MRE11-RAD50-NBS1）复合体可与新蛋白MMAP形成分裂期特异的mMRN复合体，并与有丝分裂的重要激酶PLK1、微管解聚酶KIF2A相互作用，且该复合体可以在分裂期的纺锤体上与KIF2A共定位。MMAP可以与MRN复合体中的MRE11直接相互作用，且对分裂期该复合体的稳定性至关重要。在分裂期，MRE11与MMAP均可被 PLK1磷酸化，其磷酸化可以促进mMRN复合体的组装，从而促进PLK1与KIF2A的相互作用并激活KIF2A的微管解聚酶活性。该研究进一步发现mMRN复合体参与了有丝分裂期纺锤体动态与染色体正常分离的调控。MMAP与MRN的缺失会导致细胞分裂中期延长，纺锤体微管荧光强度升高且流动性变慢，纺锤体两极距离变长，染色体列队异常，与KIF2A缺失的细胞表型相似。相关研究于2018年发表于PNAS。..DNA复制胁迫造成的复制叉停滞是癌细胞基因组重排的主要来源。在本研究中，我们发现53BP1-RIF1和BRCA1控制了复制叉修复途径的选择调控。具体来说，细胞中存在两条主要的复制叉修复途径。其中一条依赖于53BP1-RIF1。该途径会防止复制叉被切割，主要作用于复制胁迫早期，可以快速完成。另一条依赖于BRCA1，是BIR途径。该途径存在MUS81-SLX4内切酶复合物介导的复制叉切割，主要作用于复制胁迫晚期，需要较长时间完成修复。53BP1-RIF1和BRCA1相互拮抗，调控了这两条互不兼容的修复途径。相关研究于2017年发表于elife。