去泛素化酶USP19参与DNA损伤修复及有丝分裂调控的分子机制研究

Cell cycle deregulation is closely related to tumorigenesis, and chromosomal instability is a common feature of most human cancer which is associated with both uncontrolled whole chromosome mis-segregation in mitosis and DNA damage repair. However, the mechanisms underlying chromosomal instability in cancer remain unclear whose regulation mechanism has been a new frontier in life science, recently. In previous study, we found new mechanism regulating the DNA damage checkpoint activation and mitosis progression (Nature Cell Biology, 2011 and PNAS, 2013). Here, using siRNA high-throughput screening platform in live cell, we found that knockdown deubiquitinases USP19 (ubiquitin specific peptidase 19) caused increased proportion of chromosome mis-segregation. Also, USP19 is required for normal DNA repair. Based on these findings, we next plan to further explore the molecular mechanism of USP19 in maintaining chromosome stability and suppressing tumorigenesis. Our main strategy is to identify dynamic binding protein with USP19 by immunoaffinity purification assay and mass spectrometry and reveal the substrcats regulated by USP19 through ubiquitin modification. In addition, we will identify the detailed mechanism of USP19 in regulation chromosome instability and tumorigenesis by using mouse model and human clinical tumor samples.Through all the above efforts, we might find a new regulation mechanism of tumorigenesis and provide a fundamental basis for the development of anti-cancer drugs.

细胞周期调控异常与肿瘤发生密切相关，染色体不稳定性是肿瘤细胞的重要特征，与M期染色体错误分离及DNA损伤修复调控异常密切相关。然而目前，在肿瘤发生过程中导致染色体不稳定性的具体调控机制并不十分清楚。本课题组前期通过系列工作发现了DNA损伤周期检查点和有丝分裂调控的关键机制(2011 Nature cell biology； 2013 PNAS). 近年来课题组建立了基于有丝分裂的siRNA筛选平台，利用该平台，我们进发现特异调控染色体分离的新功能蛋白质USP19。敲低USP19导致M期染色体错误分离， 且USP19参与DNA损伤修复。本项目在此重要线索基础上，通过免疫亲和纯化及质谱鉴定在M期和DNA损伤修复过程中与USP19动态结合的蛋白，以期阐明其调控染色体不稳定性的分子机制；利用USP19敲除小鼠和肿瘤临床样品，从动物及临床水平全面阐述USP19对肿瘤发生发展的影响。

细胞周期调控异常与肿瘤发生密切相关，染色体不稳定性是肿瘤细胞的重要特征。近年来的研究显示，M期的调控异常与基因组不稳定和肿瘤发生关系尤为密切。有丝分裂M期是决定细胞分裂、将携带有基因组DNA的染色体平均分配到两个子细胞的关键环节，诸多影响M期进程或干扰染色体正确排布的因素均会导致染色体分离错误并最终诱发肿瘤。纺锤体组装检查点调控基因在肿瘤组织中经常发生变异，这与染色体不稳定性和异倍体肿瘤细胞的产生密切相关，目前正成为很多科学家重点关注的研究领域。然而目前，在肿瘤发生过程中导致染色体不稳定性的具体调控机制并不十分清楚。.鉴于泛素化修饰在细胞周期中的重要性，同时为了进一步深入研究肿瘤细胞有丝分裂期的调控机制，揭示新的 M期抗肿瘤药物靶点，本课题组前期设计了针对包含泛素结合构域基因的 siRNA文 库，利用 siRNA基因沉默高通量平台，筛选了参与 M期调控的新功能蛋白，发现系列参与细胞有丝分裂纺锤体检验点功能的重要泛素相关蛋白，鉴定出特异调控染色体分离的新功能蛋白质USP19。进一步研究结果表明敲低USP19导致M期染色体错误分离，机制分析发现USP19在DNA损伤修复过程中发挥重要作用。通过免疫亲和纯化及质谱鉴定在M期和DNA损伤修复过程中与USP19动态结合的蛋白，发现USP19与关键的DNA损伤修复分子HDAC1/2结合并通过调控其K63泛素化，影响DNA 损伤修复。临床肿瘤样本，尤其是肾癌中USP19低表达或缺失，可能是导致染色体不稳定性并促发肿瘤的关键机制。