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Science | DNA损伤通过使核糖体停滞来诱导凋亡

BioArt  · 生物  · 1 月前
撰文丨亦

TP53(肿瘤蛋白P53)基因是人类癌症中最常发生突变的基因【1, 2】,有效的抗癌疗法往往会导致DNA损伤,并通过p53依赖的机制将癌细胞杀死【3】,但在p53缺失和突变的细胞中,研究人员发现在经历DNA损伤后,细胞也会走向死亡【4-5】,但其内在的机制一直不为人知。

2024年5月16日,来自阿姆斯特丹荷兰癌症研究所生物化学部Thijn R. Brummelkamp团队在Science上发表了题为DNA damage induces p53-independent apoptosis through ribosome stalling的文章。研究发现了p53非依赖的DNA损伤诱导细胞凋亡的信号。作者发现核糖体在稀少亮氨酸编码UUA密码子上停滞,并在全局范围内限制了翻译的启动。核糖体停滞的压力信号经由感应器ZAKα传递给凋亡执行系统,激活了线粒体诱导细胞凋亡。


作者首先建立了不同机制造成DNA损伤的人单倍体细胞(HAP1)模型,在对细胞凋亡进行区分检测后,作者证实了所有的细胞都出现了caspase-3的活化。鉴于HAP1细胞含有DNA结合域的突变且有些刺激会导致不依赖p53的凋亡,作者通过CRISPR-Cas9技术进行了验证,发现缺失了p53表达的HAP1细胞或A549细胞也会对依托泊苷(造成DNA损伤的一种刺激)表现出凋亡响应。这说明在多种细胞类型中,DNA损伤诱导的凋亡是p53不依赖的。这些细胞拥有一个共同特点,即蛋白合成减少,单细胞水平的分析显示,接受了DNA损伤试剂的细胞翻译数量下降。结合caspase-3的激活情况,作者发现DNA损伤诱导所产生的caspase-3活化只出现在“低翻译”的细胞群体中。

接下来,作者对翻译抑制进行了进一步探究。利用核糖体图谱技术,对被核糖体保护的mRNA片段(ribosome-protected fragments,RPFs)进行分析,通过核糖体密码子读取,发现依托泊苷处理后,稀有亮氨酸UUA密码子上RPF位置15(对应于核糖体A位点)的核糖体占据率增加,而在其他密码子,特别是其他亮氨酸密码子上未观察到这种情况。在没有UUA密码子的蛋白中,作者也发现了翻译起始的减少,这说明DNA损伤带来的是翻译的全局减少,包括稀有亮氨酸编码UUA密码子上的特定核糖体停滞。

进一步地,作者在HAP1细胞中进行了遗传筛选,发现了翻译抑制所必须的基因SLFN11(Schlafen family member 11),其编码一种tRNAse,与病毒限制和DNA损伤敏感性有关,在肿瘤细胞中常因启动子甲基化而失活。作者发现,所有缺失SLFN11的细胞在接受DNA损伤试剂后,翻译的抑制均减弱。核糖体足迹分析显示,UUA停滞的现象在缺失SLFN11的细胞中消失。以上结果表明,SLFN11诱导核糖体UUA停滞,诱发翻译的全局抑制以响应DNA损伤。这其中,tRNA的剪切,而非复制的抑制对于诱导凋亡至关重要。

最后,作者也对其他MAPK途径成员响做了探究。发现只有DNA损伤诱导的JNK活化需要SLFN11,安乃近霉素诱导的核糖毒性应激则需要ZAKα。SLFN11缺乏会削弱翻译抑制和下游MAPK信号转导,但这些细胞仍能对安乃近霉素引发的核糖毒性应激做出凋亡反应。

综上所述,文章发现了DNA损伤导致缺失p53的细胞死亡的机制。在培养的人类细胞中,DNA损伤带来的凋亡会伴随着翻译减少,其中转运核糖核酸内切酶SLFN11发挥着重要作用,或成为化疗耐药病人的治疗突破点。

原文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh7950


制版人:十一



参考文献


1. D. P. Lane, Cancer. p53, guardian of the genome. Nature 358, 15–16 (1992).
2. T. M. Gottlieb, M. Oren, p53 and apoptosis. Semin. Cancer Biol. 8, 359–368 (1998).
3. J. S. Fridman, S. W. Lowe, Control of apoptosis by p53. Oncogene 22, 9030–9040 (2003).
4. W. P. Roos, B. Kaina, DNA damage-induced cell death by apoptosis. Trends Mol. Med. 12, 440–450 (2006).
5. A. V. Gudkov, E. A. Komarova, The role of p53 in determining sensitivity to radiotherapy. Nat. Rev. Cancer 3, 117–129 (2003).


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