BLM/Rif1蛋白复合物在染色体分离中的作用机制

Genomic stability is strongly related to cancer development, therapy and anti-cancer drug development. Chromosome segregation is one key step to maintain genomic stability. Recently, a novel class of DNA bridges, ultrafine anaphase DNA bridges (UFBs), was detected. Unresolved UFBs at the end of telophase will lead to abnormal chromosome segregation. However, the function of UFB and the mechanism of the resolution of UFB are unclear. Bloom syndrome (BS) is a cancer predisposed disease, which is caused by mutation in the BLM gene. BLM is a RecQ family helicase and required for homologous recombination and stalled replication fork restart. BLM was also shown to be located to UFBs and required for chromosome segregation. However, the component of BLM complex during M phase and the detail functions of them are unknown. Most recently, we identified and characterized a new component of BLM complex, Rif1, which functions with BLM in the stalled replication fork restart. Interestingly, preliminary result shows that Rif1 also co-localizes with BLM to UFB and required for chromosome segregation. Moreover, a unique BLM/Rif1 complex during M phase was purified, which contains a known DNA metabolic enzyme. This project will investigate the functions of the BLM/Rif1 complex at M phase. Based on these studies, we will learn the mechanism of UFB resolution and pave the way for the development of new anti-cancer drugs.

基因组稳定性与癌症的发生、治疗及新药物研制都紧密相关。染色体的正常分离是维护基因组稳定性的关键步骤之一。超细DNA连丝是最近发现的与染色体分离相关的细胞结构。它们的非正常解离会导致染色体分离异常和微核形成。然而这些连丝的功能以及它们如何被正常解离的机制，都还不清楚。Bloom综合症是BLM基因突变引起的癌症倾向遗传病。BLM蛋白可定位于超细DNA连丝，参与染色体的分离过程，但具体作用机理并不清楚。我们最近发现了一个新的BLM相互作用蛋白Rif1，它参与了BLM在复制叉修复中的功能。预实验表明，Rif1也可定位于超细DNA连丝，参与染色体分离。此外，我们的预实验还纯化和鉴定了几个新的、M期特有的BLM复合物蛋白,包括一个DNA酶。本项目将研究新的BLM复合物在超细DNA连丝解离中的作用机理。这些研究不仅可以帮助我们了解某些癌症倾向遗传病的发病机理，还可以为新的抗癌药物的研制找到新的作用靶点。

基因组稳定性与癌症的发生、治疗及新药物研制都紧密相关。染色体的正常分离是维护基因组稳定性的关键步骤之一。超细DNA 连丝是最近发现的与染色体分离相关的细胞结构。它们的非正常解离会导致染色体分离异常和微核形成。然而这些连丝的功能以及它们如何被正常解离的机制，都还不清楚。本项目按计划对Rif1/BLM 蛋白复合物在染色体分离中的作用机制进行了研究。发现了Rif1和BLM在染色体分离中的功能是不相互依赖的；进一步研究了Rif1各个结构域在染色体分离中的作用，从而阐明了Rif1中的作用机理。. 此外我们发现了一个新的Rif1功能——调控DNA双链断裂（DSB）修复途径选择、促进非同源末端连接（NHEJ）。DSB的错误修复，会导致基因突变、染色体异位，引起肿瘤或者细胞死亡。为了避免错误修复，细胞必须在多种互不兼容的修复途径中，根据细胞所处的细胞周期和DSB的末端状态等等做出正确的选择。这个DSB修复途径的选择调控过程，对于基因组稳定性的维护至关重要。我们发现53BP1-Rif1和它们的拮抗蛋白BRCA1-CtIP组成了一个调控环路：53BP1-Rif1可以在G1期抑制BRCA1的功能，促进NHEJ；而在S-G2期，BRCA1-CtIP又可以反过来抑制53BP1-Rif1功能，促进HR。该环路可在不同的细胞周期，调控细胞选择不同的途径进行DSB的修复。该研究是第一次发现存在一个调控环路调控DSB修复途径选择，受到了广泛的关注。该研究相关论文自2013年发表以来，已被引用200多次。. 最后，我们通过相互作用组分析，还发现了一个全新的NHEJ核心蛋白PAXX。并第一次发现NHEJ复合物可以有不同的组建方式，以应对、修复不同的DSBs。最常规的肿瘤治疗方法——放疗，以及一些常用化疗药物，如etoposide、bleomycin等，都是通过产生DSB来杀死癌细胞的。新的NHEJ修复机制（应对不同DSB， NHEJ有不同复合物组织方式）的发现，无疑为这些治疗手段的临床应用，及肿瘤个体化治疗打下了良好的理论基础。