DNA-PKcs在氧化应激后肿瘤细胞选择存活/凋亡的决定作用及其机制

ROS可激活DNA损伤反应（DDR）通路上游的主要激酶ATM和DNA-PKcs，参与氧化应激后细胞存活/凋亡的调控，但其分子机制仍不清楚。我们前期研究发现，氧化应激后DNA-PKcs缺陷型HCT116细胞株ATM呈过度活化状态，而且凋亡明显增加；反之DNA-PKcs野生型较缺陷型细胞存活明显增加。据此，我们提出DNA-PKcs的存在与否对氧化应激后ATM介导的细胞存活或凋亡的选择至关重要，DNA-PKcs很可能对ATM的活化存在反馈抑制机制。本项目应用干扰RNA、抑制剂和DNA-PKcs敲除细胞株和小鼠模型，研究 DNA-PKcs在氧化应激后对ATM的反馈调控及其在细胞周期和凋亡中的重要作用，揭示其对氧化应激早期细胞命运决定的分子机制。该研究不仅为氧化应激后早期细胞效应分子和通路之间的相互作用机制提供新的理论和实验依据，而且为增强氧化应激对肿瘤细胞的杀伤作用提供新的策略。

肿瘤治疗过程中继发的氧化应激能引起更为广泛的细胞效应增强对肿瘤细胞的杀伤效应。氧化应激能激活多条细胞反应信号通路， DNA损伤反应通路是应激后细胞反应中的重要信号通路。近年来研究发现，在DDR通路上游的主要激酶ATM缺失或突变的患者或动物模型的神经元细胞中，活性氧分子（ROS）的产生异常增加，氧化性DNA损伤累积引发早老症状，提示氧化应激后DDR通路可能在细胞内氧化还原平衡的调控中发挥重要作用。另一个重要的DDR通路激酶DNA-PKcs也被证实参与了氧化应激后的DNA修复，这些证据将氧化应激和DNA损伤反应这两个重要的细胞效应联系起来，但是其中的具体调控机制仍不清楚。基于以上，认为DNA-PKcs也参与了氧化应激早期细胞命运的决定过程，并可能在其中发挥独立于DNA修复的功能。此外，细胞在有丝分裂的过程中，端粒可以通过抑制DNA损伤反应（DNA damage reaction，DDR）防止亲代细胞染色体末端相互融合以及非整倍体子代细胞的产生，从而预防由于基因组不稳定性引起亲代和/或子代细胞衰老、凋亡或癌变等严重后果的发生。端粒功能的维持依赖于端粒相关结合蛋白，其中hnRNPA1的作用尤为重要。为了阻止端粒单链DNA被误识别为损伤的DNA而诱发DDR，hnRNPA1能够开启端粒单链DNA上RPA（replication protein A）向POT1（protection of telomeres 1）转换，进而有效地抑制DDR通路上游的关键激酶ATR（ataxia-telangiectasia and Rad3-related）被RPA激活。近年研究发现hnRNPA1是DNA-PKcs（DNA-dependent protein kinase catalytic subunit）的磷酸化底物，且DNA-PKcs缺失会导致大量端粒融合的现象，因而推测DNA-PKcs可能通过调控hnRNPA1活性发挥了端粒保护作用。对DNA-PKcs在氧化应激后对细胞对ROS应答过程中的作用机制进行研究，不仅为氧化应激后早期细胞效应分子和通路之间的相互作用机制提供了新的理论和实验依据，而且使DNA-PKcs成为增强氧化应激对肿瘤细胞杀伤作用的新靶点成为可能，为诠释DNA-PKcs与hnRNPA1之间相互作用的分子机制提供实验依据，系统性地阐明hnRNPA1在端粒相关蛋白网络中的调控轴。