cGAS是一种DNA结合蛋白,其经典功能是检测细胞质中DNA,通过催化第二信使cGAMP的形成,促使STING从内质网向高尔基体转移,从而激活下游TBK1或IKKα/β,活化的IRF3或NF-κB进入细胞核诱导Ⅰ型干扰素和其它细胞因子的释放。然而,并不是所有表达cGAS的细胞都存在STING,暗示了cGAS具有独立于固有免疫的其它功能。近年的研究发现cGAS的固有免疫功能在细胞周期分裂期被显著抑制,那么cGAS在分裂期是否存在独立于固有免疫的新功能呢?
年10月22日,中山大学生命科学学院赵勇教授课题组在ProteinCell杂志在线发表题为cGASguardsagainstchromosomeend-to-endfusionsduringmitosisandfacilitatesreplicativesenescence的文章,描述了cGAS在分裂期结合到染色体(包括亚端粒、端粒区域)的现象,并证明其功能是防止短端粒发生染色体末端融合,从而确保复制性衰老的顺利启动。本文揭示了cGAS不依赖于STING的维持基因组稳定的新生物学功能。
端粒是染色体末端的保护结构。端粒长度随着细胞的分裂而缩短,当端粒缩短到极限,会激活DNA损伤信号,触发复制性衰老。在本研究中,作者发现在细胞周期分裂期cGAS会结合到亚端粒、端粒区域,避免含有短端粒的染色体发生末端融合,保证细胞复制性衰老的发生;而cGAS缺失则引起短端粒发生染色体末端融合,导致复制性细胞衰老启动失败。通过分子机制研究,作者发现短端粒激活的DNA损伤信号在分裂期只能传递到MDC1,原因是cGAS与CDK1相互作用,招募CDK1到DNA损伤位置使RNF8失活,从而避免了分裂期不恰当的DNA损伤修复通路例如c-NHEJ的发生(模式图)。该现象不受STING存在与否的影响,表明cGAS在分裂期防止短端粒发生染色体末端融合并不依赖于STING。
综上所述,本研究揭示了cGAS在细胞周期分裂期保护短端粒不被DNA损伤应答修复的分子机制,这是cGAS独立于cGAS-STING通路的新功能。更重要的是,cGAS保护短端粒不发生染色体末端融合,从而启动复制性衰老,避免基因组不稳定引起的癌变。cGAS这一新功能合理地解释了复制性衰老中短端粒激活DNA损伤与DNA损伤修复缺失的矛盾。
cGAS在分裂期保护短端粒防止其发生染色体末端融合的模式图
中山大学生命科学学院博士生李小翠为论文的第一作者,中山大学生命科学学院赵勇教授以及刘海英副教授为论文的通讯作者。
赵勇教授于年4月8日不幸离世,他生前一直专注于端粒与衰老领域的研究,开创性地建立了精确测量端粒overhang长度的方法,并通过此方法剖析了端粒酶延伸端粒的过程。赵勇教授发现端粒酶延伸大多数端粒,并非特意延伸短端粒;滞后的C链补齐采用渐进式步移策略,并非经典的冈崎片段,这些发现解决了端粒领域的长期争论,该研究发表在Cell杂志并获得同期亮点点评。
年10月11日,ProteinCell杂志在线发表题为AtributetoProfessorYongZhao的纪念文,讲述了赵勇教授的生平科研故事,向赵勇教授致敬!
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