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(fù)能力的缺失會導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定。因應(yīng)于不同類型的 DNA 損傷，生物體進(jìn)化出了多種損傷修復(fù)通路，其中核苷酸切除修復(fù)(Nucleotide excision repair，NER)以及 DNA 雙鏈斷裂修復(fù)(DNA double strand breaks repair，DSBR)均與腫瘤及衰老發(fā)生關(guān)系緊密。SIRT6 是腫瘤與衰老發(fā)生中的關(guān)鍵調(diào)控因子，此前多項研究已經(jīng)證明SIRT6參與調(diào)控 DSBR 等通路從而維持基因組穩(wěn)定性。
NER 通路主要修復(fù)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(zhuǎn)錄偶聯(lián)的NER(Transcription-coupled NER, TC-NER)，它主要修復(fù)轉(zhuǎn)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(dǎo)致許多人類綜合征的產(chǎn)生，包括與早衰相關(guān)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(guān)調(diào)控機(jī)制尚未被研究。
2020年8月13日，同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(jìn)其泛素化，進(jìn)而從染色質(zhì)上分離，促進(jìn) NER 通路信號的傳導(dǎo)。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(tuán)隊成員利用了一種 UV 損傷的質(zhì)粒再激活的實驗方法檢測體內(nèi) NER 的效率。將可以正常表達(dá)綠色熒光蛋白 GFP 的 pmax-GFP 質(zhì)粒放在紫外燈下按一定劑量照射，之后將受損的 pmax-GFP 質(zhì)粒與標(biāo)定轉(zhuǎn)染效率的表達(dá)紅色熒光蛋白 DsRed 的質(zhì)粒pDsRed2-N1 一起轉(zhuǎn)入細(xì)胞中，若細(xì)胞成功通過 NER 通路修復(fù)了損傷，那么受損的 pmax-GFP 質(zhì)粒會重新表達(dá)。利用流式細(xì)胞技術(shù)，表達(dá)綠色熒光的細(xì)胞數(shù)比上表達(dá)紅色熒光的細(xì)胞數(shù)即可被認(rèn)為是 NER 的相對修復(fù)效率。于是，研究團(tuán)隊利用此實驗方法確認(rèn)SIRT6可以參與NER 通路。而研究團(tuán)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(dá)損傷位點，并且與 UV 照射細(xì)胞之后生成的光產(chǎn)物 CPD 存在共定位。
進(jìn)一步的機(jī)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(qiáng)。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(jìn)DDB2 的泛素化。泛素化的 DDB2 與分離酶 p97 的親和性增強(qiáng)，使得 DDB2 從染色質(zhì)上解離下來，最終促使隨后的 NER 信號通路傳導(dǎo)。
黑色素瘤的發(fā)生與 NER 通路存在極大關(guān)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(jìn)了腫瘤的發(fā)生，研究團(tuán)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(dǎo)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(diào)節(jié)及對 NER 通路的調(diào)控，最終導(dǎo)致了基因組的不穩(wěn)定并促進(jìn)腫瘤的發(fā)生。
綜上所述，該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)了 SIRT6 參與 DNA 損傷修復(fù)的新功能，深入闡述了 SIRT6 通過參與 GG-NER 通路，最終促進(jìn) UV 誘導(dǎo)的 DNA 損傷的修復(fù)，進(jìn)而穩(wěn)定了基因組的具體機(jī)制，提示 SIRT6 是黑色素瘤中關(guān)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(dǎo)的黑色素瘤的產(chǎn)生。繼闡明SIRT6調(diào)控多條DNA修復(fù)通路分子機(jī)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(jìn)一步拓寬了衰老及腫瘤發(fā)生領(lǐng)域?qū)IRT6調(diào)控DNA修復(fù)的理解，為利用SIRT6激動劑預(yù)防腫瘤和衰老發(fā)生提供了進(jìn)一步的理論基礎(chǔ)。
同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士研究生耿安珂、唐歡胤為本文的共同第一作者。同濟(jì)大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)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(xué)、貴州醫(yī)科大學(xué)黃勁副教授、上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院張健教授以及匹茲堡大學(xué)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(xué)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(xué)術(shù)帶頭人計劃等經(jīng)費的資助。
原文鏈接：https://academic.oup.com/nar/advance-article/doi/10.1093/nar/gkaa661/5892101