USP19调控染色体不稳定性及肿瘤发生的作用机制研究

Chromosomal instability is a common feature of most human cancer and is associated with both whole chromosome mis-segregation and DNA repair, however the mechanisms underlying chromosomal instability in cancer remain unclear. Here, using siRNA high-throughput screening, we found that knockdown deubiquitinases USP19 (ubiquitin specific peptidase 19) caused increased proportion of chromosome mis-segregation. 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. 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.

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损伤修复密切相关。但目前染色体不稳定导致肿瘤发生的分子机制仍不十分清楚。本实验室前期通过siRNA筛选平台，发现调控M期染色体排列的新机制（Cell Death & Disease，第一作者）。利用该平台，我们进一步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在DNA双链损伤修复过程中蛋白量上调。本项目在此重要线索基础上，拟进一步研究USP19在调控染色体不稳定性和肿瘤发生中的作用机制。主要策略是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，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。以上努力将可能发现新的肿瘤发生调控机制，为肿瘤生物学研究提供理论基础。

USP19（ubiquitin-specific protease 19）属于去泛素化酶家族中最大的泛素特异性加工酶（USPs）家族，是一种具有多结构域的去泛素化酶。我们发现，沉默USP19表达导致肿瘤细胞有丝分裂后期出现染色体错误分离（chromosome mis-segregation）的比率升高， 提示USP19 在维持染色体正确分离和基因组稳定性过程中发挥功能。由于M期染色体错误分离可能由不同因素导致，包括M期发生的一些错误所引起的lagging chromosomes；以及细胞在间期所遭遇的DNA复制、损伤压力所引起的chromosome bridge。利用免疫荧光技术，我们发现USP19缺失主要导致染色体桥的错误分离方式，对lagging chromosomes影响很小。因此我们进一步研究USP19在DNA损伤中的作用，结果显示USP19敲低抑制伽马射线照射后的DNA损伤修复，且主要参与NHEJ修复过程。通过co-IP实验，我们验证USP19与HDAC1、HDAC2存在相互作用，并可以对底物HDAC1和HDAC2进行泛素化调控。通过检索肿瘤数据库，我们发现USP19在多种肿瘤中存在基因缺失。肿瘤组织芯片结果最终显示，USP19蛋白质在肾透明细胞癌中的表达显著低于癌旁对照，提示USP19的缺失导致基因组不稳定性，最终导致肿瘤发生。