基因組不穩(wěn)定性的增加是腫瘤和衰老的重要特征之一，而DNA 損傷修復能力的缺失會導致基因組不穩(wěn)定。因應于不同類型的 DNA 損傷，生物體進化出了多種損傷修復通路，其中核苷酸切除修復(Nucleotide excision repair，NER)以及 DNA 雙鏈斷裂修復(DNA double strand breaks repair，DSBR)均與腫瘤及衰老發(fā)生關系緊密。SIRT6 是腫瘤與衰老發(fā)生中的關鍵調控因子，此前多項研究已經證明SIRT6參與調控 DSBR 等通路從而維持基因組穩(wěn)定性。
NER 通路主要修復由紫外線輻射和化療藥物等造成的 DNA 損傷。NER 通路可以分成兩條子通路：一條是全基因組 NER(Global genome NER, GG-NER)，它能識別并清除整個基因組中紫外輻射及部分化療藥物造成的DNA損傷；另一條是轉錄偶聯(lián)的NER(Transcription-coupled NER, TC-NER)，它主要修復轉錄過程中所遇到的紫外輻射及部分化療藥物造成的 DNA 損傷。NER 通路缺陷會導致許多人類綜合征的產生，包括與早衰相關的 Cockayne綜合征以及對紫外線更敏感、更易患皮膚癌的著色性皮膚干燥癥和 trichothiodystrophy 綜合征。然而，SIRT6 是否參與 NER 以及潛在的相關調控機制尚未被研究。
2020年8月13日，同濟大學生命科學與技術學院毛志勇課題組在Nucleic Acids Research雜志在線發(fā)表了題為The deacetylase SIRT6 promotes the repair of UV-induced DNA damage by targeting DDB2的工作。該研究發(fā)現(xiàn)，SIRT6 可以利用其去乙?；富顚?NER 通路中識別損傷的蛋白 DDB2 去乙酰化，促進其泛素化，進而從染色質上分離，促進 NER 通路信號的傳導。該工作首次系統(tǒng)闡釋了 SIRT6 在 NER 通路中的功能。
首先，該研究團隊成員利用了一種 UV 損傷的質粒再激活的實驗方法檢測體內 NER 的效率。將可以正常表達綠色熒光蛋白 GFP 的 pmax-GFP 質粒放在紫外燈下按一定劑量照射，之后將受損的 pmax-GFP 質粒與標定轉染效率的表達紅色熒光蛋白 DsRed 的質粒pDsRed2-N1 一起轉入細胞中，若細胞成功通過 NER 通路修復了損傷，那么受損的 pmax-GFP 質粒會重新表達。利用流式細胞技術，表達綠色熒光的細胞數(shù)比上表達紅色熒光的細胞數(shù)即可被認為是 NER 的相對修復效率。于是，研究團隊利用此實驗方法確認SIRT6可以參與NER 通路。而研究團隊利用激光微輻照實驗證實，在 UV 的刺激下，SIRT6 可以直接到達損傷位點，并且與 UV 照射細胞之后生成的光產物 CPD 存在共定位。
進一步的機制研究表明，SIRT6 通過靶向 GG-NER 通路中的損傷識別蛋白 DDB2 參與 NER 通路。在 UV 刺激下，二者的相互作用增強。SIRT6 通過去乙?；?DDB2 的 兩個賴氨酸位點，K35 和 K77 ，降低 DDB2 的乙?；?，從而促進DDB2 的泛素化。泛素化的 DDB2 與分離酶 p97 的親和性增強，使得 DDB2 從染色質上解離下來，最終促使隨后的 NER 信號通路傳導。
黑色素瘤的發(fā)生與 NER 通路存在極大關聯(lián)，為了確定是否是黑色素瘤病人自然發(fā)生的SIRT6突變抑制 NER 通路從而促進了腫瘤的發(fā)生，研究團隊分析了黑色素瘤患者來源的SIRT6 的突變，發(fā)現(xiàn)這些突變導致 SIRT6 酶活性部分喪失(P27S，H50Y)、翻譯提前終止(R150*)或降解率提高 (G134W)，從而影響了 SIRT6對 DDB2 乙酰化水平的調節(jié)及對 NER 通路的調控，最終導致了基因組的不穩(wěn)定并促進腫瘤的發(fā)生。
綜上所述，該研究團隊發(fā)現(xiàn)了 SIRT6 參與 DNA 損傷修復的新功能，深入闡述了 SIRT6 通過參與 GG-NER 通路，最終促進 UV 誘導的 DNA 損傷的修復，進而穩(wěn)定了基因組的具體機制，提示 SIRT6 是黑色素瘤中關鍵的腫瘤抑制因子，激活 SIRT6 可能有助于穩(wěn)定基因組，防止紫外線誘導的黑色素瘤的產生。繼闡明SIRT6調控多條DNA修復通路分子機制后（Mao et al., Science, 2011; Mao et al., PNAS, 2012; Xu et al., Cell Cycle; Chen et al., Cell Reports, 2017 (與康九紅教授課題組合作成果)），毛志勇課題組的該研究成果進一步拓寬了衰老及腫瘤發(fā)生領域對SIRT6調控DNA修復的理解，為利用SIRT6激動劑預防腫瘤和衰老發(fā)生提供了進一步的理論基礎。
同濟大學生命科學與技術學院博士研究生耿安珂、唐歡胤為本文的共同第一作者。同濟大學生命科學與技術學院毛志勇教授為本文的通訊作者。此外，毛志勇教授課題組的多名老師和同學、貴州醫(yī)科大學黃勁副教授、上海交通大學醫(yī)學院張健教授以及匹茲堡大學蘭利教授課題組多名成員均參與了該項工作。該研究成果得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、上海市教委與上海市教育發(fā)展基金會資助的“曙光”計劃和上海市優(yōu)秀學術帶頭人計劃等經費的資助。
原文鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa661/5892101