人源DNA聚合酶δ最小亚基p12在细胞凋亡过程中降解途径分析

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人源DNA聚合酶δ(Polδ)是由四亚基组成的异源四聚体,其中p125为催化大亚基,其它三个较小亚基分别为p50、p68和p12,而p12通常又被称为第四亚基或最小亚基。研究表明,DNA聚合酶δ不仅在DNA复制过程中扮演重要的角色,同时还参与多种形式的DNA损伤修复,在维持细胞周期的正常调节以保证基因组结构的完整性和遗传的稳定性等方面具有特殊的重要意义。  动物细胞对DNA的损伤响应(DNA damage response,DDR)主要是通过宿主的保护机制来完成,所有的保护机制均涉及到相关蛋白复合体的装配和各种DNA损伤响应的信号网络激活,包括一系列的细胞周期检查点激活和DNA修复机制的响应以及细胞是否进入到程控凋亡来实现,从而保证其遗传信息的完整性。近期研究表明,Polδ也受到DDR的调控。体外培养的人源细胞通过遗传毒物处理或射线诱导而引起DNA损伤的情况下,细胞内Polδ由原来的四聚体全酶形式Polδ4转换为三聚体Polδ3以应对DNA损伤。转换后的三聚体Polδ3比Polδ4具有更强的纠正引物和模板上错误核苷酸的能力。因此,Polδ3被认为是DNA损伤后Polδ的主要活性形式,它可以参与到DNA修复过程中完成缺口的填补以及S-期细胞的跨损伤合成过程中。在跨损伤合成聚合酶转换的模型中,Polδ3作为转换过程中Polδ的主要形式,通过Polη/ub-PCNA/Polδ3复合体共同完成两种聚合酶之间的迅速转换。进一步的研究表明,p12亚基是通过ATR通路调控下以泛素化依赖的形式降解,在此过程中UbcH5c和RNF8作为一组E2/E3发挥重要作用,由RNF8介导的p12亚基降解使得Polδ4变成Polδ3,这一过程是细胞应对DNA损伤响应的重要环节。但是,如果DNA耐损伤途径不能够及时完成DNA损伤的修复过程,DNA的复制叉就会崩塌,形成错误的复制叉结构,染色体受到损害或缺失,最后细胞将进入到程控凋亡途径中。那么,在细胞凋亡的过程中,p12亚基及其他三个亚基将会如何应对?如果p12亚基确实发生了蛋白酶解,Polδ其他亚基如何参与这个过程?Polδ4到Polδ3是如何转换的?但到目前为止,还没有任何关于Polδ参与细胞凋亡过程相关的研究报道。  因此,本论文研究通过细胞凋亡诱导试剂或相关诱导药物等处理宫颈癌细胞(HeLa-S3),运用Western Blot、细胞凋亡检测试剂盒、钙蛋白酶活性检测试剂盒、Caspase-3活性检测试剂盒、荧光显微镜等分析手段和工具,观察Polδ各亚基在不同凋亡途径中凋亡早期和凋亡晚期的特征变化,首次探索DNA聚合酶δ在细胞凋亡途径中的未知功能。  其初步实验结果表明,在钙离子诱导的HeLa细胞凋亡过程中,p12亚基在凋亡早期首先被酶解,在中期又发生回复,而在凋亡晚期再次被酶解,具有明显的时相性;p12亚基在凋亡早期的蛋白酶解可以被蛋白酶抑制剂MG132阻断,而MG132和Calpain抑制剂ALLN可以同时抑制p12亚基在凋亡晚期的降解。体外实验表明,Calpain是通过和Polδ的p125、p68、p50三个亚基及PCNA捆绑反应酶解p12,p12亚基的酶解位点可能位于28LAPELGEEPQPRDEEE43这十六个氨基酸之间。而在Caspase-3介导的细胞凋亡过程中,Polδ各亚基和PCNA均无酶解现象发生。  本论文研究揭示了在治疗癌症的放化疗研究中,p12/Polδ可以被考虑作为一个潜在的药物筛选的靶标,根据p12/Polδ在细胞凋亡中的响应,判断药物的有效性和可靠性,特别适用于Calpain激活途径介导癌细胞凋亡的化疗药物筛选,具潜在的实际应用价值。
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