DNA损伤修复过程中H2AX磷酸化的调控及其意义VIP免费

DNA损伤修复过程中H2AX磷酸化的调控及其意义陈丽萍/朱小年(综述)/陈雯*(审校)(中山大学公共卫生学院预防医学系,广东广州510080)【摘要】组蛋白2A变异体(histonefamily2Avariant，H2AX)在DNA双链断裂(double-strandbreak,DSB)损伤时可以发生不同的翻译后修饰，包括磷酸化、乙酰化、甲基化和泛素化。通过这些修饰，H2AX标记损伤的DNA双链，促进局部DNA修复因子和染色体重塑因子的募集，维持基因组的稳定性。这对于DSB的有效修复及细胞周期从周期检查点的恢复都是十分必要的。另外，H2AX在DSB信号通路必不可少的作用及其在肿瘤发生早期被激活事件，使它成为肿瘤生物学研究中的热点基因蛋白。本文中重点阐述近几年H2AX在DSB损伤修复中的研究进展，同时提出将它作为一个表观遗传标记，在人类肿瘤的早期诊断和治疗中的潜在应用价值。【关键词】H2AX磷酸化;DNA损伤反应;单倍剂量不足中图分类号：R730.231文献标识码：A文章编号：1004-616X(2011)02-0148-04doi:10.3969/j.issn.1004-616x.2011.02.016组蛋白2A变异体(histonefamily2Avariant，H2AX)是核心组蛋白H2A的一个亚型，最早于1980年由West和Bonner首先报道[1]。和其他H2A家族成员一样，H2AX的残基末端也能发生甲基化、乙酰化和磷酸化修饰。H2AX的独特之处在于羟基末端由4个氨基酸SQ(E、D)(I、L、F、Y)组成的高度保守序列，称为SQE基序[2]。当细胞发生DNA损伤时，SQE迅速发生磷酸化，产生γ-H2AX。H2AX是最早被磷酸化的底物，在电离辐射1～2min可以出现，30min达到最高，是细胞中感应DNA损伤最敏感的分子。γ-H2AX焦点的数量和大小可以通过免疫荧光或细胞流式技术检测得到，且数量和大小与一定范围的损伤剂量相关。所以，越来越多的研究提出γ-H2AX是DNA损伤的一个很好的蛋白标记物[3-4]。γ-H2AX不仅参与DNA双链断裂(double-strandbreak,DSB)的识别和修复，还与P53相互作用，激活细胞周期检查点，阻滞细胞周期，为DNA损伤修复赢得时间，保证遗传信息的正确。所以γ-H2AX可作为基因组的“监视器”，当修复不能完成时，阻滞细胞周期，诱导细胞凋亡。研究发现H2AX敲除的小鼠表现对电离辐射敏感性和肿瘤易感性增加[5]，可能是因为H2AX的缺失，不能有效修复DNA损伤，最终导致基因组不稳定。这提示H2AX在维持基因组稳定性过程中起重要作用。本文将重点综述H2AX在募集DSB修复因子、染色质重塑复合物和cohesin复合物到DNA损伤位点进行修复，及在哺乳动物中γ-H2AX移除机制的研究进展，并阐述H2AX作为一个表观遗传的生物标志物在人类肿瘤研究中的应用。1组蛋白H2AX调控DNA双链断裂的修复过程1.1组蛋白H2AX磷酸化外源因素如电离辐射、紫外线及化学物喜树碱、博来霉素和羟基脲，内源性包括正常代谢产生的ROS、细胞的衰老和凋亡、DNA修复缺陷、V(D)J重排和减数分裂都会引起DSB，伴随H2AX的磷酸化和聚集。真核生物中，H2AX的磷酸化由PIKKs家族，包括ATM(ataxiatelangiectasiamutated)、ATR(ATMandRad3-relatedprotein)和DNA-PKs(DNA-dependentproteinkinase)介导[6]。ATM主要介导DSB形成时H2AX的磷酸化，ATR主要在单链损伤和复制损伤中起作用，DNA-PKs则介导细胞凋亡过程中产生DNA碎片时的H2AX磷酸化，而所有激酶都可能参与电离辐射引起的DNA损伤。γ-H2AX可通过Westernblotting检测或应用免疫荧光技术，在荧光显微镜下可清楚观察到以γ-H2AX焦点形成为特征的DNA双链断裂的区域，且1个γ-H2AX焦点对应1个DSB[7]。在哺乳动物细胞中，每产生1个DSB约有0.03％的H2AX磷酸化，相当于H2AX随机分布于2Mb染色质区域，而免疫细胞化学分析表明这一区域比实际形成点的区域大10倍，说明并不是每一邻近的H2AX分子均会发生磷酸化[7]。4Pi显微镜观察到H2AX并不是随机分布的，而是成簇分布在基因组中[8]。那么，在没有组蛋白H2AX分布的区域DNA损伤反应是如何发生的仍不清楚，且H2AX和某些损伤相关因子的分布不同，是否可以用来解释一些区域对DNA损伤易感而一些区域耐受？这需要进一步的研究来回答。1.2损伤修复因子的募集DSB诱导H2AX的磷酸化主要通过ATM激酶介导。感应到损伤后，ATMSer1981发生自动磷酸化而激活，与PP2A复合物分离。三聚复合物MRN(Mre11-Rad50-Nbs...