磷酸化和泛素化修饰协同调控ATR依赖的CHK1激活的分子机制

DNA replication is one of the fundamental cellular processes, and timely and proper response to replication stresses is an essential mechanism of genome stability maintenance. Replication stress quickly activates the ATR-CHK1 kinase cascade, in which ATR-dependent CHK1 activation requires the mediators TIPIN and CLASPIN. However, the molecular mechanism of TIPIN/CLASIN-mediated ATR-dependent CHK1 activation has not been fully elucidated yet. This project will explore how the E3 ubiquitin ligase/deubiquitinase pairs BRCA1/USP11 and PRP19/USP11 modulate the K6-linked polyubiquitination of CLASPIN and K63-linked polyubiquitination of TIPIN, respectively, and how their upstream kinase ATR-mediated phosphorylation of BRCA1/USP11/PRP19/TIPIN coordinates replication stress-induced CHK1 activation. Accomplishment of this project will further understand the molecular pathogenesis of human disease (e.g., cancer and premature ageing) associated with defective response to replication stress and provide potential biomarkers for its diagnosis and treatment.

DNA复制是细胞最基本的生命活动之一，及时、适度的复制胁迫应答是细胞维持基因组稳定性的核心机制之一。复制胁迫快速激活ATR-CHK1激酶级联通路，其中ATR依赖的CHK1的激活需要介质因子TIPIN和CLASPIN的帮助，但是其分子机制尚不清楚。本项目将探讨E3泛素连接酶/去泛素化酶对BRCA1/USP11和PRP19/USP11分别介导的CLASPIN的K6多聚泛素化修饰和TIPIN的K63多聚泛素化修饰以及上游激酶ATR通过对BRCA1/USP11/PRP19/TIPIN的磷酸化修饰如何协同参与调控复制胁迫诱导的CHK1激活。本项目的完成将进一步阐明复制胁迫应答缺陷诱导的基因组不稳定性相关疾病（如癌症和早衰）的发病机制，并为其诊治提供潜在的生物标记物。

DNA复制是细胞最基本的生命活动之一，及时、适度的复制胁迫应答是细胞维持基因组稳定性的核心机制之一。复制胁迫快速激活ATR-CHK1激酶级联通路，其中ATR依赖的CHK1的激活需要介质因子TIPIN和CLASPIN等的帮助。本项目探讨了E3泛素连接酶TRIM21和去泛素化酶USP11通过靶向CLASPIN的发刷修饰而父子那个调控ATR-CHK1激活的分子机制。我们发现1）USP11通过移除CLASPIN的K6链接多泛素化修饰而抑制CLASPIN染色质负载，导致CHK1激活的负调控；在复制胁迫下，ATR介导的USP11磷酸化修饰促进其与CLASPIN的解离，从而有利于CLASPIN在染色质的加载和CHK1的激活；2）TRIM21介导的CLASPIN的K63链接泛素化修饰与CLASPIN的K6链接泛素化修饰相互拮抗，从而抑制其与TIPIN相互作用和随后的染色质加载，同样导致CHK1激活的负调控。此外，我们发现先天性小头畸形最常见的致病基因MCPH5编码ASPM蛋白在DNA复制胁迫时通过介导RAD9和TopBP1在染色质的加载而促进ATR-CHK1的激活，同时通过抑制核酸酶MRE11对复制叉新合成DNA的降解而维持停滞复制叉的稳定性，促进停滞复制叉的重启和基因组稳定性。这些原创性结果集中诠释了复制胁迫诱导ATR-CHK1通路激活的分子调控网络及这些调控网络缺陷诱导基因组不稳定性的机理，为肿瘤诊治提供了潜在的新靶点和新策略。三篇相关的文稿在撰写或投稿中。.在本项目的资助下，以通讯/共同通讯作者在Nucleic Acids Research、eLife、European Journal of Medicinal Chemistry等国际主流期刊发表17篇论文，获得授权发明专利5项；培养博士生2名和硕士生23名；组织基因组稳定性国际会议10次，有效促进我国在基因组稳定性领域研究的发展及其国际影响力。