张昱实验室研究了DNA连接酶在哺乳动物DNA双链断裂修复通路中的重要作用

    2016年1月19日，我所张昱实验室在《PNAS》杂志上在线发表题为“Ligase I and ligase III mediate the DNA double-strand break ligation in alternative end-joining”的研究论文。该论文报道了哺乳动物DNA连接酶I和III在非经典末端连接介导的DNA双链断裂修复通路中所起的作用。

    DNA损伤修复不仅对于维持基因组稳定具有重要作用，而且在癌症的发生和进化中具有重要作用。DNA双链断裂（DSB）是一类非常严重的DNA损伤，在真核生物中主要通过同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）进行修复。以往的研究发现，当参与经典NHEJ的核心因子（比如DNA连接酶IV）缺失时，细胞仍然表现出一定的末端连接修复活性，提示着一种非经典性末端连接（A-EJ）修复方式的存在。虽然已经陆续报道出一些参与A-EJ的可能基因，但是其中大多数仍然存在争议。因此，系统清楚地探究参与A-EJ的因子具有重要的意义。

    张昱实验室的研究人员从DSB修复的最后一步入手，寻找介导A-EJ修复的DNA连接酶。在哺乳动物中已知的DNA连接酶只有DNA连接酶I,III和IV。研究人员利用CRISPR/Cas9系统，成功在缺失了经典非同源修复的核心因子DNA连接酶IV的小鼠B细胞系中进一步敲除了细胞核内的DNA连接酶I或III。研究人员惊奇地发现，DNA连接酶I或III缺失没有影响A-EJ介导的大部分类型的DSB修复，包括细胞因子介导的抗体类别转换(CSR)，CRISPR/Cas9/sgRNA介导的抗体类别转换(CSR)，以及CRISPR/Cas9/sgRNA介导的不同长度染色体的缺失。然而，对于A-EJ介导的染色体转位这种DSB的特殊修复方式，DNA连接酶I和DNA连接酶III表现了显著的功能特异性。DNA连接酶III和IV双缺陷的细胞与单独DNA连接酶IV缺陷的细胞相比，染色体间的转位效率有明显的下降。同时，染色体转位连接处的序列分析显示，DNA连接酶III缺失导致染色体转位连接处有更长的微同源序列（microhomology）。这项研究表明，在A-EJ介导的DSB修复过程中，DNA连接酶I和III既有功能上的可替代性，也有其功能特异性。这项研究为哺乳动物细胞中存在不同的DNA连接酶修复复合物介导A-EJ提供了证据。

    NIBS与协和医科大学联合培养的博士生芦广庆和段金志为本文共同第一作者，本文其它作者包括舒盛，王旭祥，高琳琳，郭靖。张昱博士为本文通讯作者。此项研究由北京市优秀人才培养，北京市百千万人才工程，国家青年千人计划，和国家自然科学基金资助，在北京生命科学研究所完成。