DNA双链断裂选择性末端连接修复的基础研究

In cells, DNA double strand breaks are repaired by classic non-homologous end joining (C-NHEJ) and the homologous recombination repair(HRR). Class switch recombination (CSR) is relied on the C-NHEJ pathway based on DNA LigaseIV. We found, in LigaseIV-/- mouse B cells, CSR still occurs although the efficiency of CSR was decreased, which suggested the existence of a noval DNA repair pathway. This new DSB repair pathway was named as alternative end joining (A-EJ) pathway. The repair factors in A-EJ were not defined. We knocked out the co-factor of LigaseIII, XRCC1, and found LigaseIII/XRCC1 complex do not play roles in A-EJ pathway (PNAS;2012;IF:9.8). In this proposal, we will continue to study the repair factors in A-EJ and the physiological functions of A-EJ pathway in cells. We will study the role of LigaseI in A-EJ and the function of A-EJ in maintaining genomic stabiligy of cells . These studies will expand our understanding of DNA repair, and also provide us the theoretic evidences of diseases(such as the malignant tumors) caused by DNA repair deficiency and genomic instability.

细胞中DNA双链断裂（DSB）通常由经典非同源末端连接修复（C-NHEJ）和同源重组修复完成。抗体类别转换（CSR）仅依赖于C-NHEJ通路。我们发现在LigaseIV敲除的C-NHEJ缺陷的小鼠B细胞中，CSR仍然发生，显示有新的DSB修复途径存在，这个修复途径被命名为选择性末端连接修复（A-EJ），但作用于A-EJ的修复因子未知。我们在LigaseIV-/-细胞中共敲除LigaseIII的辅助因子XRCC1，发现LigaseIII/XRCC1复合体不作用于A-EJ通路（PNAS；2012；IF：9.8）。在本课题中，我们将继续研究参与A-EJ的修复因子和A-EJ在细胞中的生理意义，包括LigaseI是否参与A-EJ并修复DSB，A-EJ在维持基因组稳定性的作用。以上研究可以扩展我们对DNA修复机制的理解，并为DNA修复缺陷所导致疾病（如恶性肿瘤）的发生提供理论基础。

背景：.本项目研究DNA双链断裂选择性末端连接修复 （Alternative End-Joining， AEJ）及其在临床肿瘤放化疗中的应用。 DNA发生双链断裂后， 细胞主要有两种修复方式， 一种是同源重组修复（Homologous Recombination, HR）, 另一种是非同源末端连接修复（Non-Homologous End-Joining, NHEJ）。 HR依赖于细胞周期， 通常是在S/G2期发生。 NHEJ不受细胞周期限制， 可迅速发现DNA双链断裂（DSB）位点， 在修复因子DNA-PKcs/Ligase IV等作用下修复DSB。近年发现在HR和NHEJ外， 细胞还存在一种DSB的修复通路，其不依赖于细胞周期和Ligase IV， 这种新的修复通路为AEJ。..主要研究内容：本项目主要研究内容包括：1) 多聚ADP核糖聚合酶1（Poly-ADP-Polymerase 1，PARP1）在AEJ中作用的研究。2) 抑癌基因PTEN参与AEJ修复的分子机制。3）AEJ在肿瘤耐放化疗耐药中作用的研究。4) DNA损伤修复相关的小分子化合物在调控AEJ和肿瘤放化疗增敏中作用的研究。..重要结果：.1..抑癌基因PTEN协同PARP1参与AEJ修复的研究结果。 具体结果包括:1) PTEN促进HR和AEJ。2) PTEN抑制了DNA修复因子Ku70和DSB的结合。3) PTEN增强PARP1的酶活性，从而增强了Ku70的多聚ADP-核糖基化。4) 针对PTEN基因型异常肿瘤，应采取个体化治疗策略。.2..放化疗耐药肿瘤中AEJ修复明显增强，显示AEJ为肿瘤耐放化疗的重要DNA修复通路。 进一步我们发现可调控AEJ的小分子化合物，并发现其有放化疗增敏的效果。 ..科学意义：.本项目研究一种新发现的DSB修复通路及其对临床放化疗的增敏效果。我们发现AEJ在放化疗耐药肿瘤中明显增强，显示其为一种肿瘤促进DSB修复的主要方式。这个结果有较重要的科学意义和临床应用价值。针对这个发现，我们进一步发现了多个可调控AEJ的小分子化合物，并能放化疗增敏。 此外，我们还发现了重要的抑癌基因PTEN协同PARP1促进AEJ修复。这个发现显示针对不用PTEN基因型异常肿瘤需应用不同DNA损伤药物的个体化治疗方式，发现有较重要临床意义。