ANKLE1的缺失导致大量DNA碎片释放到细胞质中,引发免疫反应。(图片提供:陈英伟博士及蒋华东博士)
(原新闻稿已于4月18日发布)
在细胞分裂的过程中,染色体之间还存在连接的部分会导致染色体未能正确分离,这种连接会形成「染色质桥」。染色质桥有可能干扰细胞正常分裂,导致免疫系统失调,甚至促进癌细胞的形成。
ANKLE1在維持基因組穩定性和防止自身免疫中發揮重要的作用。(圖片提供:陳英偉博士)
香港大学(港大)生物科学学院陈英伟博士领导的研究团队,近日揭示了一种名为ANKLE1的酶的独有功能。ANKLE1能通过切割这些染色质桥阻止遗传物质的断裂,从而避免免疫系统错误地攻击自身的细胞。理解染色质桥在细胞分裂过程中被切割的机制,对发展能防治癌症和自身免疫等疾病的医疗策略至关重要。这项研究目前已经在科学期刊先进科学(AdvancedScience)上发表。
背景
在正常的细胞分裂过程中,必须确保遗传物质DNA被平均地分配到两个子细胞中;然而,在这个过程中,错误时常发生,导致一部分DNA不能分离,从而形成了称为染色质桥的结构。染色质桥是由DNA形成的丝状物,连接着新细胞中两个正在分离的染色体团。然而,这些染色质桥最终会在细胞分裂的中期被夹在中间,从而导致细胞无法正常分裂。
当染色质桥被「卡着」,它们会被一种由微丝肌动蛋白复合物产生的力量扯断,这可能会导致DNA断裂并形成「微核」,进而导致基因组不稳定。基因组不稳定正是实体肿瘤的一个主要特征,同时可启动先天免疫反应,造成自体免疫炎症。
为了探索细胞解离染色质的保障机制,我们的研究团队最近发现一种独有的核酸内切酶(Endonuclease)ANKLE1能通过切割染色质桥来避免DNA灾难性断裂的发生,它在中间体上解离染色质桥的过程中扮演重要角色。这个机制可以确保DNA能够有效分离,并保证其稳定性,对于防止癌症和自身免疫疾病具有重要意义。
ANKLE1在防止DNA断裂和自身免疫中的作用
科学家早在一种生物研究中常用的微小环虫「秀丽隐杆线虫(Caenorhabditiselegans)」中鉴定出一个称为LEM-3的核酸内切酶,并证实LEM-3具有在中间体(连接两个子细胞的结构)分离染色质桥的作用,从而使两个子细胞完全分离。
ANKLE1作为LEM-3的同源蛋白,研究其细胞学上的功能自然有助了解染色质桥的解离机制。
于是,我们的研究团队使用CRISPR/Cas9基因组编辑技术在体外培育的人类细胞中删除了ANKLE1基因,发现ANKLE1缺失造成更多细长染色质桥的形成,表明ANKLE1可以防止染色质桥的拉展,而染色质桥最终会在肌动蛋白收缩力的作用下断裂,产生大量的DNA碎片,而部分DNA碎片会形成微核,另一些则可以被释放到细胞质中,两者都可以导致免疫反应而造成发炎。
然而最值得