端粒保护和DNA损伤修复重要调节元件Mre11蛋白的甲基化修饰等化学修饰与其功能的关系

生物体发育过程中产生的DNA双链断裂是基因组最严重的损伤之一，常常引起多种人类疾病。Mre11基因编码蛋白是DNA双链断裂识别和修复的核心元件之一。人类Mre11基因突变导致运动失调性毛细血管综合症类似症状。Mre11识别DNA损伤，调节细胞周期限制点重要激酶ATM的活性，维持正常的细胞周期。Mre11也是维护端粒结构，调节端粒结合蛋白在端粒定位的重要元件。我们已经建立了Mre11的缺失果蝇动物模型，对它在DNA双链断裂修复、细胞周期限制点和端粒保护的功能作出了阐述。已有的证据表明，蛋白质的甲基化与细胞凋亡、染色体重构、癌症的发生密切相关。对果蝇Mre11蛋白的序列分析显示，存在多个潜在甲基化修饰位点。初步试验证实，单一甲基化位点突变在果蝇中导致肿瘤高发性。本项目将系统鉴定Mre11蛋白的甲基化等翻译后修饰，研究这些修饰的功能，阐明DNA双链断裂修复和端粒保护机制及相互关系这个重要科学问题

Mre11是DNA双链断裂（DSB）修复的关键因子。在哺乳动物体系的研究中发现Mre11蛋白会在精氨酸甲基转移酶PRMT1介导下发生精氨酸甲基化修饰。我们在本课题的实施中首次证明果蝇的Mre11蛋白在C端同样包含一个甘氨酸-精氨酸富集区（GAR motif），其中的四个精氨酸位点能在精氨酸甲基转移酶DART1的介导下发生甲基化修饰。DART1是PRMT1在果蝇中的同源蛋白，在果蝇细胞中抑制dart1的表达会减弱Mre11的甲基化水平。实验证明果蝇中Mre11能够与DART1发生物理相互作用，并且这种相互作用不需要GAR区参与。我们的实验结果还表明精氨酸甲基化的Mre11特异地定位于核内，以核内可溶形式和染色体结合形式存在。在离子辐射处理后，Mre11精氨酸甲基化的水平和细胞内定位都没有发生显著变化。