揭开APE1的神秘面纱DNA单链断裂直接激活ATM信号的新发现

由基因组科学家和DNA损伤反应专家组成的团队开展的新研究为理解目前在癌症治疗临床试验中受到限制的蛋白质的功能开辟了新局面。

这项新研究由北卡罗来纳大学夏洛特分校Yan实验室的赵海超博士领导，展示了DNA单链断裂(SSB)如何诱导ATM介导的信号传导以修复DNA损伤——阐明了SSB诱导的ATM激酶的独特机制，并为APE1功能提供了重要启示。

在今日发表于《自然通讯》杂志上的新研究中，研究人员展示了他们利用基于质粒的SSB结构来研究APE1在DNA损伤反应(DDR)信号通路中的关键作用。

除了其他发现外，该出版物还详细介绍了SSB在ATR之前诱导ATM激活的结果，在DNA尝试进行修复时暂时阻止细胞周期进程。而且——这项研究的意义在于——该团队发现了多功能酶APE1在SSB诱导的ATMDDR信号传导中发挥积极作用的直接证据。

研究人员写道：“我们证明APE1通过至少两种机制促进SSB诱导的ATMDDR：APE1核酸外切酶活性介导的SSB处理和APE1介导的ATM直接募集到SSB。”

在北卡罗来纳大学夏洛特分校Yan实验室先前工作的基础上，这些发现对我们了解SSBDNA修复和细胞反应迈出了重要一步，并可能为未来一系列人类疾病(如癌症和心力衰竭)的治疗抑制剂选择做出贡献。

北卡罗来纳大学夏洛特分校生物科学系副主任、教授、夏洛特基因组完整性和癌症计划(GICI)项目负责人ShanYan博士表示：“这些发现将在未来几年对该领域产生影响。”

严教授表示：“我们改变了人们对ATM信号激活方式的理解。”

《DNA单链断裂和APE1对ATM信号的独特调控》的主要作者赵海超表示，这项研究可能支持未来的临床试验——既用于攻击癌细胞和其他危及生命的疾病，也用于在治疗期间保护非恶性细胞。

赵教授表示：“我们掌握的有关DNA损伤(和修复)的数据或信息越多，我们就越能为癌症患者开发出更好的治疗方法。”

DNA损伤反应是一种进化途径，旨在维持基因组的完整性，因为人类细胞几乎一直受到内部和外部因素的攻击。DNA损伤通常会触发DDR——正如研究所述，发出转录激活、修复和细胞周期停滞的“级联”信号。

虽然DNA损伤修复研究对于细胞对双链断裂(DSB)的反应更为成熟，但赵和颜表示，围绕SSB的知识空白仍然存在。颜表示，特别是，分子生物学家几乎没有关于APE1在SSB位点的确切功能的直接证据。

赵指出，过去，研究人员普遍认为功能性DSB研究更为紧迫，因为这种类型的DNA损伤与癌症密切相关。然而，SSB可能预示着更致命的双链损伤的发展。此外，SSB损伤发生的频率要高得多——在人类细胞中每天发生超过10,000次。在每种情况下，都必须启动修复机制来保护基因组的完整性。人们认为，随着时间的推移，SSB的积累会导致或引起癌症和疾病。

赵立坚表示，SSB研究的突破，对未来针对“上游”健康风险的转化和临床应对具有潜力。

赵教授等的研究首次明确证实了APE1作为ATM激酶的直接激活剂，促进单链DNA损伤修复，也为ATM依赖的DDR通路由特定DNA结构的SSB激活提供了直接证据。

此外，北卡罗来纳大学夏洛特分校的研究提出了一个有趣的问题，即在没有DNA的情况下，APE1过表达是否可以持续激活ATM。该团队提出了这个问题，并指出了研究HSS系统中APE1寡聚化——在体外证明了直接的ATM激酶刺激。

在这项研究中，研究人员为未来的实验提出了理由，他们问道：“APE1过表达诱导的ATM介导的DDR信号传导的潜在作用是什么?APE1通常被发现在癌细胞中过度表达......并且与癌症患者的总体生存率较低有关。”

在Yan实验室，研究人员利用雌性非洲爪蟾(Xenopuslaevis)的卵子来生产高速上清液(HSS)卵提取物，随后引入来自大肠杆菌的纯化质粒DNA结构。然后，研究人员在HSS中孵育不同浓度的SSB和对照质粒。研究表明，APE1“在SSB信号传导的早期阶段被招募到SSB质粒中”。此外，研究表明ATM是由SSB激活的。

研究人员写道：“ATM和ATRDDR通路都是癌症等疾病临床试验的目标，这凸显了ATM和ATR如何被激活以维持基因组稳定性的基础机制研究的重要性。”