環腺苷二磷酸腺苷合成酶(cGAS)是一種胞質 DNA 傳感器，可通過啟動 STING–IRF3-I 型 IFN 信號通路靈活先天免疫信號級聯。研究人員發現 cGAS 可抑制小鼠和人的同源重組過程。通過體內和體外實驗結果表明，敲低 cGAS 可以抑制 DNA 的損傷和腫瘤的生成。
研究人員通過一個針對 PC-9 細胞的 shRNA 篩選文庫，在 89 個酪氨酸激酶篩選出靶酪氨酸激酶-b 淋巴酪氨酸激酶 (B-lymphoid tyrosine kinase, BLK)。如圖 1 所示，敲低 BLK 后，明顯降低了 PC-9 細胞中 cGAS Y215 的磷酸化水平。
圖1. DNA 損傷使得 BLK 介導 cGAS (Y215) 磷酸化，進而導致 cGAS 在核內的易位
隨后，作者利用細胞實驗檢測了 cGAS 對于兩種DNA DSB 修復方式-同源重組和非同源末端結合的影響。如圖 2 所示，cGAS 過表達后顯著抑制 DSB 的同源重組過程，但 cGAS對非同源末端的影響與對照組相比無明顯差異。敲低 cGAS 的siRNA ,可顯著提升同源重組效率，但對非同源末端結合無明顯的影響。
圖2. cGAS 被召集到 DNA 的 DSB 位點且抑制同源重組過程
作者在發現 cGAS 對同源重組有抑制作用后，又對此進行了更加深入的研究。通過免疫熒光實驗研究表明，cGAS 可顯著抑制兩種對于同源重組起決定性的因子-RPA215 和 RAD5116 的表達，從而導致 DNA 的損傷（如圖3 所示）。
圖3.cGAS 抑制 RPA215 和 RAD5116 的表達
作者利用 co-IP 分析和無標簽生物分子相互作用實驗(Kd = 31.8 nM)均揭示了 cGAS 與poly(adp -核糖)(PAR) 之間的直接相互作用。如圖 4 所示，DNA 損傷導致了 PAR-介導的 cGAS 和 PARP1 之間的相互作用。
圖4.cGAS 通過 PAR 與 PARP1 相結合且阻斷 PARP1–Timeless 復合體的形成
隨后，作者將 cGAS shRNA LLC 細胞和對照組細胞接種到 C57BL/6 雄性小鼠中。如實物圖所示，接種了 cGAS shRNALLC 細胞的小鼠腫瘤的體積和質量都明顯減輕。定量統計，結果表明小鼠（cGASshRNA LLC）腫瘤質量明顯降低，且與對照組相較有統計學意義。
圖5. cGAS 促進腫瘤的增殖
小M 的小思考：
DNA 的損傷會造成 cGAS (tyrosine 215) 的磷酸化，介導 B 淋巴細胞酪氨酸激酶，導致胞內 cGAS滯留易位。在細胞核中，斷裂的 DNA 雙鏈聚集 cGAS, cGAS 與 PARP1 結合后，阻斷 PARP1–Timeless 復合體的形成進而抑制同源重組。通過體內和體外實驗結果表明，敲低 cGAS 可以抑制 DNA 的損傷和腫瘤的生成。核內 cGAS 可抑制同源重組修復和腫瘤的生長。因此，cGAS 有望成為一個潛在的癌癥防治與治療靶點。
參考文獻
Liu H, et al. Nuclear cGAS suppresses DNA repair and promotes tumorigenesis. Nature.2018 Nov;563(7729):131-136.
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