CUEDC2在紫外照射诱导G1/S期阻滞中的功能及机制研究

【摘要】各种基因毒剂通过诱导DNA损伤进而破坏生物体基因组的完整性。在自然环境中，生物体接受的最普遍、最广泛的DNA损伤剂是紫外线。越来越多的证据表明，过度暴露于紫外线下将明显增加机体发生皮肤癌的风险。DNA损伤时，为了维持基因组的稳定性，细胞周期发生阻滞，尤其是G1期的阻滞为细胞提供充足的时间修复损伤的DNA进行，并防止受损的DNA随着周期进程而进行异常复制[1]。应对DNA损伤时，细胞通过及时下调细胞周期的启动子或者迅速积累细胞周期的抑制子来调控细胞周期，这种机制在DNA损伤诱导的G1期阻滞中发挥了重要功能。已有的研究已经表明，DNA损伤诱导的G1期阻滞主要是激活p53通路，上调其下游的细胞周期蛋白依赖性激酶抑制子1（p21蛋白）进而实现周期阻滞。然而，在紫外线照射时，p21蛋白发生了快速的降解[2]。因此，紫外线诱导G1期阻滞的分子机制尚不完全清楚。深入阐明紫外线引起的G1期阻滞的调控机制最终将有助于我们提高DNA损伤反应的认识并为未来皮肤癌的预防和治疗提供新策略。CUEDC2(CUE-domain-containingprotein2)是我们实验室发现并报道的一个具有重要功能的新基因，在多种信号通路中发挥功能[3-7]。后期促进复合物（APC/C）是一个多亚基的E3酶复合物，通过介导细胞周期中多种蛋白质的降解在周期进程中发挥重要功能。APC/C的激活需要两个重要亚基，细胞分裂周期蛋白20（Cdc20）和Cdc20同源蛋白1（Cdh1），这两个亚基能识别底物的D-box和KEN结构域[8-10]。Cdc20主要在有丝分裂早期发挥功能，而Cdh1主要通过降解CyclinA、CyclinB1、SKP2等底物在有丝分裂晚期和G1期早期发挥功能[8,9,11-14]。最新的研究发现，CUEDC2蛋白在细胞的有丝分裂期（M期）能被细胞周期依赖激酶1（CDK1）磷酸化，磷酸化的CUEDC2能与APC/C的一个重要亚基Cdc20结合，使有丝分裂阻滞缺陷蛋白2(mitoticarrestdeficient2，MAD2)从APC/C脱离下来，随后APC/CCdc20激活，促进细胞有丝分裂[5]。本项工作中，我们发现CUEDC2蛋白以非磷酸化的形势存在于细胞的G1期，并通过其KEN结构域与APC/C的另一个重要亚基Cdh1结合，抑制了APC/CCdh1的活性[15]。在紫外线照射的情况下，CUEDC2蛋白发生了快速的泛素化降解并释放了APC/CCdh1的活性，从而使CyclinA蛋白发生降解，最终导致CDK2不能活化，使细胞阻滞在G1期。我们的研究表明CUEDC2是一个APC/CCdh1的重要调控子；紫外照射时，CUEDC2的降解通过调控APC/CCdh1活性来实现G1期阻滞的。本项研究阐明了一个紫外照射导致周期阻滞的全新机制。TRIM（tripartitemotif-containing）蛋白属于含有RING结构域的E3连接酶家族的一个亚家族[16]。很多TRIM家族蛋白被报道参与多种先天免疫，通过泛素化降解或修饰特定底物来抵抗多种病毒甚至是慢病毒的感染[17]。最近报道，有些TRIM蛋白参与肿瘤的发生和发展[18,19]。其中，TRIM21曾被报道参与调控多种细胞周期分子的稳定性，但是它在肿瘤发生和发展中的作用仍然不明确[20]。在我们随后的研究中，通过质谱鉴定与CUEDC2相互作用蛋白，发现在紫外照射下TRIM21能够结合CUEDC2，并使CUEDC2蛋白发生泛素化降解。进一步研究表明，CUEDC2蛋白在人体皮肤癌组织中高表达，而更重要的是，TRIM21的蛋白量在这些组织中极低。通过皮肤癌细胞系验证发现，TRIM21蛋白的低表达导致紫外照射时CUEDC2蛋白不能发生降解，从而使细胞不能发生G1期阻滞。我们的研究揭示，TRIM21是调控CUEDC2蛋白降解的一个特异性E3连接酶，并提示CUEDC2蛋白的异常调控可能参与皮肤癌的发生发展。
【作者】周杰；
【导师】张学敏；
【作者基本信息】中国人民解放军军事医学科学院，细胞生物学，2014，博士
【关键词】紫外照射；CUEDC2蛋白降解；APC/CCdh1活性调控；E3连接酶TRIM21；

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