JMJD6通过新型酪氨酸激酶活性调控乳腺癌细胞中H2A.X介导的DNA损伤反应

An early response to DNA double-strand breaks is the phosphorylation of H2A.X at serine 139. The precise regulation of S139ph remains unclear. We identified for the first time that H2A.X Y39ph is a prerequisite for S139ph formation and EYA2 dephosphorylates Y39ph. Significantly increased H2A.X Y39ph and an obvious EYA2 decreasing were observed in multiple cancer cells such as colon and liver, compared to paired adjacent tissues. No obvious change of EYA2 was detected in breast cancer tissues while the H2A.X Y39ph increased obviously compared with adjacent tissues. The enzymes and mechanisms of H2A.X Y39ph could be different in breast cancer cells to other kinds of tumor. Further, we revealed H2A.X Y39ph promotes DNA damage response, inhibits apoptosis and promotes proliferation in breast cancer cells. We identified histone demethylase JMJD6 as a new kind of tyrosine kinase and it phosphorylates H2A.X Y39 in previous studies. In this project, we will confirm the kinase activity of JMJD6 and its role in DNA damage response using molecular biology and epigenetic technology on molecular, cellular and tissue levels. The achievement will be helpful for the breast cancer precision medicine, shed light on the molecular basis of JMJD6 functions and expand our knowledge of domains that contain intrinsic tyrosine kinase activity.

H2A.X S139ph是DNA双链断裂的早期标志物，但其精准调控机制尚不明确。本课题组首先发现H2A.X Y39ph是S139ph形成的必要前提条件，并证实EYA2为该位点去磷酸化酶。在结肠癌和肝癌等多种癌组织中 Y39ph均较癌旁组织显著增高，且伴有EYA2显著下调。虽然乳腺癌组织中H2A.X Y39ph显著高于癌旁组织，但EYA2却没有明显改变。我们揭示出H2A.X Y39ph不但能促进乳腺癌细胞DNA损伤修复、抑制凋亡，而且能促进增殖。在前期研究中，我们发现组蛋白去甲基化酶JMJD6具有新型酪氨酸激酶活性并磷酸化H2A.X Y39。在本项目中我们将采用分子生物学、表观遗传学等技术，从分子、细胞和组织等不同层面，深入阐释JMJD6的激酶活性并分析其在DNA损伤反应中的作用。本课题成果将为乳腺癌精准诊疗提供基础，为JMJD6功能研究提供新思路，并促进新型激酶分子研究。

Gamma-H2A.X的形成，即H2A.X第139位丝氨酸残基发生磷酸化（H2A.X S139ph），是DNA双链断裂（DNA double-strand breaks，DSBs）的早期标志物，能够指引DNA修复和染色质重塑的分子募集到损伤区域。Gamma-H2A.X不能正确形成会导致DSBs修复过程异常，可引起整个基因组的不稳定和肿瘤等疾病的发生。但是， gamma-H2A.X是如何被精准调控的却仍不清楚。我们的前期研究发现：第39位酪氨酸残基发生磷酸化（Y39ph）可能是gamma-H2A.X形成的先决条件。但是，H2A.X Y39ph修饰对应的激酶分子尚未找到。.基于负责人已结题的上一个国家自然科学基金项目（名称：乳腺癌中组蛋白修饰介导Ras通路信号传递的机制与功能研究；编号：81302324；起止年月：201401-201612）提供的线索，我们提出了一个假设：JMJD6（Jumonji domain-containing 6）具有酪氨酸激酶活性并能够磷酸化H2A.X Y39。为了验证上述假设，本项目进行了如下内容研究：（1）JMJD6正向调控H2A.X Y39ph的机制；（2）JMJD6在DNA损伤修复过程中作用；（3）H2A.X Y39ph在乳腺癌组织中的表达状况及与预后等的相关性。.课题组按照原定计划开展研究，得到如下结果：.1）在三阴性乳腺癌（triple-negative breast cancer, TNBC）中，JMJD6对H2A.X Y39ph有正向调节作用；在非三阴性乳腺癌中，二者则没有显著相关性；JMJD6具有酪氨酸激酶活性并磷酸化H2A.X Y39；Jmjc domain（174–288位氨基酸残基）和poly[S] domain（340–359位氨基酸残基）是其激酶活性的关键区域;2）JMJD6通过其酪氨酸激酶活性正向调节gamma-H2A.X的形成，并正向调节DNA损伤修复因子在损伤区域的募集；3）H2A.X Y39ph水平与TNBC组织分级、分期呈正相关，与患者预后呈负相关。.本项目主要目标是探索JMJD6是否为H2A.X Y39位点的激酶分子。这一目标的实现不但为H2A.X Y39ph发生机理研究及DNA损伤修复相关领域的探索提供了新的线索，而且对于JMJD6的功能研究的拓展和深入，以及相关疾病发生机理研究提供了新思路。