Mol Cell | 驱动DNA修复的SLX4相分离凝聚体

2023-04-24 11:19:29, 十一月


撰文 | 十一月


为了应对DNA损伤,数以千计的DNA损伤反应蛋白集中于细胞核内。这些没有膜包被的结构被称为生物大分子凝聚体【1】。关于凝聚体形成机制包括液-液相分离、表面凝缩、聚合体相分离、局部蛋白富集等等。凝聚体的形成涉及到蛋白质和/或核酸的共同作用。蛋白质上的翻译后修饰会影响蛋白的相分离活性,比如类泛素化SUMO修饰可以稳定蛋白。但是SUMO修饰与生物大分子凝聚体形成的调控作用还不甚清楚。

2023年4月13日,法国蒙德利埃大学Angelos Constantinou研究组与Jihane Basbous研究组合作在Molecular Cell发表了文章Compartmentalization of the SUMO/RNF4 pathway by SLX4 drives DNA repair发现基因组完整性支架蛋白SLX4通过在染色质上形成凝聚体驱动DNA损伤反应蛋白的区室化,并驱动拓扑异构酶-DNA-蛋白质交联降解新生DNA。


SLX4双等位基因失活会导致范可尼贫血症,并增加癌症易感性。先前的研究表明SLX4会与DNA损伤响应蛋白相互作用,从而修复DNA链内交联、Holliday连接体、确保端粒的稳定性以及维持基因组稳定性【2】

为了对SLX4在核内DNA损伤修复小体中作用进行解析,作者们构建了光诱导Cry2-SLX4(简称为optoSLX4),对SLX4在活细胞中的行为进行解析(图1)。作者们发现在蓝光诱导下SLX4会形成细胞核点状信号。通过荧光漂白恢复实验等,作者们证明了SLX4在细胞内形成的点状信号是相分离液滴。进一步地,作者们对光诱导的SLX4相分离凝聚体的共定位蛋白进行检测。作者们发现optoSLX4凝聚体会与内源TopBP1、BRCA1、MDC1、TRF2、PML以及RPA32等存在共定位。

图1 optoSLX4具有相分离活性

随后,作者们希望对SLX4形成凝聚体的机制进行解析。SLX4中具有一个BTB(Bric-a-brac Tramtrack and Broad complex)结构域,该结构域对于SLX4的寡聚化非常关键。作者们在去除BTB结构域后,发现SLX4凝聚体的形成会大受影响。BTB结构域引入突变F708R也会因为影响SLX4的寡聚化而影响其相分离活性。因此,BTB结构域对于SLX4凝聚体具有重要贡献。另外,通过对SLX4内在无序序列的分析,作者们发现BTB-IDR2可以在光诱导激活的情况下促进凝聚体的形成。

除此之外,作者们在IDR2区域中发现了多个SUMO修饰位点以及三个SUMO相互作用基序SIMs(图1)。作者们想知道SUMO修饰以及泛素化修饰对于SLX4凝聚体形成的作用,通过细胞内的实验发现SUMO-SIM会促进SLX4凝聚体在染色质上的组装。

生物大分子凝聚体通过形成无膜细胞器选择性地浓缩蛋白。为了对SLX4凝聚体中所集中的蛋白进行解析,作者们使用了生物素邻近标记与质谱联用的实验方法。通过该实验,作者们发现了已知与SLX4相互作作用的因子比如TopBP1等,证明了该实验方案的准确性。另外,作者们还发现了与SUMO修饰和泛素化修饰相关蛋白比如SUMO2/3、SUMO E3连接酶RanBP2、PIAS1、PIAS4以及泛素化E3连接酶TRIM25以及TRIM33。因此,SLX4凝聚体能够促进SUMO修饰与泛素化修饰相关因子的区室化。

进一步地,作者们想知道SLX4所形成的凝聚体是否会参与到TOP1-DNA-蛋白质交联(DNA-protein cross-links,DPCs)降解过程之中。通过实验检测,作者们发现TOP1-DPCs会显著促进SLX4凝聚体的形成,反过来SLX4凝聚体会诱导TOP1-DPCs中新生DNA的降解。

图2 工作模型

总的来说,该工作发现SLX4支架蛋白会组装成为微米尺寸细胞核内生物大分子凝聚体,该凝聚体位于染色质之上,会特异性招募与泛素化和类泛素修饰信号通路相关的组分,从而促进TOP1-DPCs在染色质中被提取出来并被将其中的新生DNA降解,维持基因组的稳定性。

原文链接:
https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.03.021

制版人:十一



参考文献


1. Banani, S.F., Lee, H.O., Hyman, A.A., and Rosen, M.K. (2017). Biomolecular condensates: organizers of cellular biochemistry. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 18, 285–298. https://doi.org/10.1038/nrm.2017.7.
2. Fekairi, S., Scaglione, S., Chahwan, C., Taylor, E.R., Tissier, A., Coulon, S., Dong, M.Q., Ruse, C., Yates, J.R., Russell, P., et al. (2009). Human SLX4 is a Holliday junction resolvase subunit that binds multiple DNA repair/recombination endonucleases. Cell 138, 78–89

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