持續性DNA損傷檢查點阻滯需要持續更新和紡錘體組裝檢查點的參與

Concetti Chiave

細胞通過持續更新DNA損傷檢查點(DDC)蛋白並最終轉移到紡錘體組裝檢查點(SAC)來維持長時間的細胞週期阻滯，以應對持續的DNA損傷。

Sintesi

研究目標：

本研究旨在探討細胞在DNA損傷後如何維持細胞週期阻滯，特別關注持續性DNA損傷檢查點(DDC)的維持機制。

研究方法：

研究人員利用出芽酵母作為模型生物，通過在酵母基因組中引入兩個無法修復的DNA雙鏈斷裂(DSB)來誘導持續的細胞週期阻滯。他們使用植物激素誘導降解系統(AID)在特定時間點選擇性降解關鍵的DDC和紡錘體組裝檢查點(SAC)蛋白質，並通過細胞形態學分析、DAPI染色和Western blotting等方法監測細胞週期阻滯的維持情況。

主要發現：

• DDC蛋白質Ddc2、Rad9、Rad24和Rad53對於啟動和維持細胞週期阻滯至關重要。
• Chk1激酶在維持細胞週期阻滯中起著輔助作用，而Dun1激酶僅在啟動階段是必需的。
• 在持續的DNA損傷下，DDC蛋白質在約15小時後變得可有可無，而SAC蛋白質Mad1和Mad2則成為維持長期細胞週期阻滯所必需的。
• 第二個DSB位點與著絲粒之間的距離影響SAC的激活程度，進而影響細胞週期阻滯的持續時間。
• Bub2（而非其結合夥伴Bfa1）在維持長期細胞週期阻滯中發揮著Bfa1非依賴性作用。

主要結論：

細胞通過持續更新DDC蛋白質並最終轉移到SAC來維持長時間的細胞週期阻滯，以應對持續的DNA損傷。這項研究揭示了DDC和SAC之間的動態相互作用，以及它們在維持基因組完整性方面的協同作用。

研究意義：

本研究為理解細胞如何應對DNA損傷提供了新的見解，並強調了DDC和SAC在維持基因組穩定性方面的複雜相互作用。這些發現對於開發新的癌症治療策略具有潛在意義，例如通過靶向DDC或SAC來增強化療或放療的療效。

研究限制和未來方向：

本研究主要集中在出芽酵母中DDC和SAC的調控機制。需要進一步的研究來探討這些發現是否適用於其他真核生物，包括人類細胞。此外，需要進一步研究Bub2在DNA損傷反應中的Bfa1非依賴性作用機制。

Statistiche

在誘導兩個DSB後，超過90%的細胞在24小時內持續停滯在G2/M期。
單個持續性DSB誘導的細胞週期阻滯在12到15小時後解除。
刪除CHK1基因會抑制細胞在兩個DSB誘導後的持續細胞週期阻滯，導致超過95%的細胞在24小時內適應。
在兩個DSB誘導後15小時降解Ddc2-AID不會改變G2/M阻滯細胞的百分比，即使在Ddc2耗盡9小時後也是如此。
在兩個DSB誘導後4小時降解Rad53-AID2會導致細胞逃逸G2/M阻滯，但與降解上游DDC因子Ddc2、Rad9或Rad24相比，細胞週期重新進入延遲了4小時。
在兩個DSB誘導後15小時降解Rad53-AID2不會導致細胞週期重新進入，即使在Rad53完全耗盡9小時後也是如此。
在兩個DSB誘導後15小時降解Mad1-AID或Mad2-AID會導致G2/M阻滯細胞百分比立即減少。

Citazioni

"These data suggest that prolonged cell cycle arrest in response to 2 DSBs is achieved by a handoff from the DDC to specific components of the SAC."
"Furthermore, the establishment and maintenance of DNA damage-induced cell cycle arrest requires overlapping but different sets of factors."
"These results suggest that prolonged cell cycle arrest in response to DNA damage is sustained by both SAC and DDC; however, each checkpoint sustains the arrest at different stages."

Approfondimenti chiave tratti da

Prolonged Cell Cycle Arrest in Response to DNA damage in Yeast Requires the Maintenance of DNA Damage Signaling and the Spindle Assembly Checkpoint

by Zhou,F. Y., ... alle www.biorxiv.org 05-15-2023

https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.05.15.540538v3

Domande più approfondite

如何利用DDC和SAC之間的動態相互作用來開發更有效的癌症治療策略？

癌症治療的一個主要挑戰是如何選擇性地殺死癌細胞，同時最大程度地減少對健康細胞的損害。由於癌細胞經常表現出高水平的 DNA 損傷，因此靶向 DDC 和 SAC 已成為一種有前景的癌症治療策略。
以下是一些利用 DDC 和 SAC 之間動態相互作用來開發更有效癌症治療策略的方法：

抑制 DDC 以增強化療和放療的效果： 許多化療和放療藥物通過誘導 DNA 損傷來殺死癌細胞。然而，癌細胞可以通過激活 DDC 來修復損傷並存活下來。抑制 DDC 可以使癌細胞對這些治療更敏感，從而提高治療效果。
開發靶向 SAC 的藥物： 由於 SAC 在確保準確的染色體分離方面發揮著至關重要的作用，因此抑制 SAC 可能會導致細胞死亡或細胞凋亡。靶向 SAC 的藥物可以通過破壞有絲分裂過程來選擇性地殺死快速分裂的癌細胞。
利用 DDC 和 SAC 之間的交互作用來開發聯合療法： 研究表明，同時抑制 DDC 和 SAC 可以協同增強化療和放療的效果。這是因為抑制 DDC 會使癌細胞更容易受到 SAC 抑制劑的影響。
開發針對特定 DDC 或 SAC 組分的藥物： DDC 和 SAC 由多種蛋白質組成，這些蛋白質可以作為藥物靶點。開發針對特定 DDC 或 SAC 組分的藥物可以提高治療的特異性和有效性，同時減少副作用。

在多細胞生物中，細胞週期阻滯的維持如何與組織水平的反應（如細胞凋亡或衰老）相協調？

在多細胞生物中，細胞週期阻滯的維持與組織水平的反應（如細胞凋亡或衰老）之間的協調對於維持組織穩態至關重要。這種協調涉及複雜的細胞信號傳導途徑和細胞間通訊網絡。

細胞週期阻滯與細胞凋亡： 當 DNA 損傷過於嚴重而無法修復時，細胞可能會啟動細胞凋亡程序以防止受損細胞的增殖。DDC 可以通過激活 p53 等促凋亡蛋白來促進細胞凋亡。此外，持續的 SAC 激活也會導致細胞凋亡。
細胞週期阻滯與細胞衰老： 細胞衰老是一種永久性的細胞週期阻滯狀態，可以防止受損細胞的增殖。DDC 可以通過激活 p53 和 p16INK4a 等細胞週期抑制劑來促進細胞衰老。
組織水平的調節： 組織微環境在協調細胞週期阻滯與組織水平反應方面發揮著至關重要的作用。例如，來自鄰近細胞和細胞外基質的信號可以影響細胞對 DNA 損傷的反應，並決定細胞是經歷細胞週期阻滯、細胞凋亡還是細胞衰老。

如果將細胞週期比作一個複雜的交響樂團，那麼DDC和SAC扮演的角色是什麼？它們如何與其他細胞過程相互作用來維持細胞的和諧與平衡？

如果將細胞週期比作一個複雜的交響樂團，那麼 DDC 和 SAC 就像樂團中的 質量檢查員，確保每個樂器（細胞過程）都能完美地協調一致，演奏出和諧的樂章（細胞分裂）。

DDC 就像一位敏銳的聽眾， 它能及時發現樂曲中的任何錯誤（DNA 損傷）。一旦發現錯誤，DDC 會立即叫停整個樂團（細胞週期），給予修復的時間。
SAC 則是舞台監督， 它負責檢查所有演員（染色體）是否都已準備就緒（正確連接到紡錘絲）。如果發現任何演員沒有到位，SAC 會阻止演出繼續進行（進入分裂期），直到所有演員都準備完畢。
DDC 和 SAC 與其他細胞過程的交互作用：

與 DNA 修復機制的合作： DDC 激活後，會啟動 DNA 修復機制，就像樂團中的調音師，負責修復樂器上的問題。
與細胞週期調控因子的協調： DDC 和 SAC 通過調節細胞週期蛋白和細胞週期蛋白依賴性激酶 (CDK) 的活性來控制細胞週期的進程，就像指揮家通過指揮棒來控制樂團的節奏。
與細胞命運決定的聯繫： 當 DNA 損傷過於嚴重時，DDC 和 SAC 可以觸發細胞凋亡或細胞衰老，就像樂團決定放棄演奏一首無法挽救的樂曲。
總之，DDC 和 SAC 在維持細胞週期的和諧與平衡中發揮著至關重要的作用，它們與其他細胞過程的協調運作確保了細胞的正常分裂和基因組的穩定性。