类泛素化Neddylation修饰对HR和NHEJ修复关键蛋白的调节

DNA double strand breaks are the most deleterious forms of DNA damage. Homologous Recombination and Non-Homologous End Joining are the two major pathways to repair the damaged DNA. Our previous study demonstrated that ubiquitin-like protein NEDD8 accumulated at the DNA damage sites and formed poly chain. Inhibition of neddylation abrogated the BRCA1 foci and BARD1 recruitment to DNA damage sites. Meanwhile, neddylation was found to interact with DNA-PKcs and likely to modify DNA-PKcs. Inhibition of neddylation leads to decreased DNA-PKcs phosphorylation level. This project aims to further explore the role of neddylation on BRCA1 complex and DNA-PKcs, moreover, to elucidate the molecular mechanisms underlying neddylation and DNA damage response and repair, finally it will strengthen people' understanding of the current DNA repair model and choice of different pathways.

DNA双链断裂是DNA损伤最为致命的形式。HR和NHEJ为主要的修复通路。准确及时的修复体系对于细胞应对放射损伤至关重要。本课题组前期研究发现类泛素分子NEDD8在DNA损伤后能聚集在DNA损伤位点，并且形成多聚链，抑制neddylation反应明显减少BRCA1和BARD1在DNA损伤位点的聚集。同时在对DNA-PKcs的研究中发现，Neddylation可与DNA-PKcs发生相互作用并且可能对DNA-PKcs存在修饰，抑制neddylation反应后，DAN-PKcs的磷酸化水平降低。本项目拟通过进一步揭示类泛素化neddylation修饰对DNA损伤修复关键蛋白BRCA1复合体和DNA-PKcs的调节机制，阐明neddylation修饰参与损伤应答和修复的分子机理。本研究对于进一步理解DNA双链断裂修复机制具有重要的生物学意义。

项目背景：细胞内的基因组 DNA 在不断的受到体内外理化损伤因素的影响。这些理化因素导致的 DNA 双链断裂是最为严重的 DNA 损伤形式。如果双链断裂不能被有效正确修复，细胞则不能存活或者突变形成导致肿瘤发生。DNA 双链断裂将启动细胞内的两种修复机制，其一是同源重组修复机制（HR），另外一种是非同源末端接合修复机制（NHEJ)。同源重组修复机制主要发生于细胞周期的 G2/M 期，而非同源末端接合修复机制主要发生于全细胞周期。HR和NHEJ修复过程中泛素化扮演重要角色。泛素样蛋白可以共价修饰底物蛋白。 但是其功能确是大多数未知的。在前期工作中，我们筛选了研究了几种比较广泛的类泛素在DNA损伤后的反应，发现NEDD8参与DNA损伤反应。 在各种DNA损伤刺激后，NEDD8积聚在DNA损伤部位； 这种聚集依赖于E2酶（UBE2M）和E3泛素连接酶（RNF111）。 我们进一步发现组蛋白H4被多聚neddlation修饰以响应DNA损伤，NEDD8与H4组蛋白N端赖氨酸残基偶联。 DNA损伤诱导的多聚neddylation链可以被RNF168通过MIU（基元与泛素相互作用）识别。DNA损伤诱导的neddylation缺失会负调控DNA损伤诱导的RNF168 foci的形成及其下游功能蛋白（例如53BP1和BRCA1），从而影响了正常的DNA损伤修复过程。..主要研究内容：1） Neddylation对HR修复通路中关键蛋白BRCA1复合体的调节。2） Neddylation对NHEJ修复通路中DNA-PKcs的调节。3） Neddylation对DNA损伤修复通路选择的机制及其对细胞放射损伤的影响。..重要结果、关键数据：1) Neddylationy抑制剂MLN4924能有效抑制BRCA1复合物组分向DNA损伤位点的募集。因此，MLN4924与PARP抑制剂协同抑制肿瘤。2）NHEJ核心蛋白DNA-PKcs能够被Neddylation修饰，抑制DNA-PKcs neddylation修饰影响DNA-PKcs Ser2056磷酸化。3）Rbx1介导的Cullin1 neddylation通过泛素化EXO1调节G1期修复通路选择。..科学意义：Neddylation通过对不同底物的修饰协调DNA双链断裂修复。有助于深入了解DNA损伤修复分子机制。