藥學院高祥團隊揭示ADP核糖基化修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的新機制
近日，廈門大學藥學院高祥副教授團隊聯(lián)合浙江大學陸華松研究員團隊及加州大學伯克利分校周強教授團隊，在Nature子刊《自然?細胞生物學》（Nature Cell Biology）雜志在線發(fā)表了題為 “Poly(ADP-ribosylation) of P-TEFb by PARP1 disrupts phase separation to inhibit global transcription upon DNA damage” 的研究論文，揭示了ADP核糖基化修飾調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄的新機制。研究發(fā)現(xiàn)DNA損傷后PARP1介導的多聚腺苷二磷酸核糖基化修飾(Poly-ADP-ribosylation, PARylation)可以破壞P-TEFb亞基CycT1相分離（Phase Separation），進而抑制細胞整體轉(zhuǎn)錄。
細胞發(fā)生DNA損傷時會迅速下調(diào)轉(zhuǎn)錄以阻止錯誤信息的傳遞，從而維持基因組的穩(wěn)定性，但RNA 聚合酶Pol II轉(zhuǎn)錄延伸的有效暫停機制尚不清楚。該研究利用組學質(zhì)譜技術(shù)從蛋白質(zhì)翻譯后修飾的角度系統(tǒng)鑒定了DNA損傷過程中P-TEFb的ADP核糖基化修飾，進而調(diào)控Pol II的CTD區(qū)域“YSPTSPS”七肽重復序列的磷酸化修飾程度，揭示了DNA損傷后基因轉(zhuǎn)錄沉默的新機制。值得注意的是，蛋白質(zhì)ADP核糖基化修飾與磷酸化修飾的結(jié)構(gòu)中均包含磷元素，凸顯了磷元素作為生命過程基本元素的關(guān)鍵作用。
圖1. CycT1的多聚ADP-核糖基化修飾調(diào)控DNA損傷后的轉(zhuǎn)錄沉默機制示意圖
蛋白的ADP核糖基化修飾發(fā)揮著多種重要的生物功能，如DNA損傷與修復、細胞應(yīng)激和免疫反應(yīng)、衰老過程、腫瘤代謝等。然而，蛋白ADP核糖基化修飾的高度異質(zhì)性、動態(tài)變化、含量低以及修飾本身的不穩(wěn)定性等因素，使ADP核糖基化修飾的分析極具挑戰(zhàn)。該研究依托廈門大學生物醫(yī)學儀器共享平臺完備的組學質(zhì)譜設(shè)備，對樣品富集制備方法及質(zhì)譜測試參數(shù)進行了系統(tǒng)優(yōu)化，比較了多種肽段測序裂解模式的差異，如HCD、CID及ETD（電子遷移裂解）等，建立了一套能夠無偏差鑒定ADP核糖基化修飾位點的工作流程，主要包括修飾肽段的富集、PARG修剪、二級質(zhì)譜ETD裂解等關(guān)鍵步驟。高可信度鑒定CycT1上的12個ADP核糖基化修飾位點，特別是發(fā)現(xiàn)較為少見的組氨酸殘基ADP核糖基化的直接修飾。上述質(zhì)譜分析流程將為不同生命過程中ADP核糖基化修飾的相關(guān)研究提供了重要參考。
圖2. 蛋白ADP核糖基化修飾的質(zhì)譜分析策略
廈門大學藥學院培養(yǎng)的博士生劉榮雕為論文共同第一作者，高祥副教授、陸華松研究員及周強教授為論文共同通訊作者。該工作得到了廈門南方海洋研究中心及國家自然科學基金等項目的經(jīng)費資助。
論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41556-022-00872-5
（圖文：藥學院）
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