北大张传茂团队在核膜蛋白SUMO化修饰和功能研究中取得新进展

　　核膜（Nuclear Envelope）是核质和细胞质之间的界膜，由内外双层核膜和贯穿内外的核孔复合体构成。核膜在细胞分裂时进行去组装和再组装等一些有序动态变化。保持核膜结构的完整性及其在细胞周期进程中有序的动态变化，对于基因组的稳定性、细胞的各项生命活动乃至生物个体的生存等，具有重要的生物学意义。编码不同核膜蛋白的基因若发生突变，将会引起一系列严重的核膜相关疾病。BAF（Barrier to Autointegration Factor）是一种内层核膜结合蛋白，在高等动物中高度保守，可以与DNA、LEM结构域蛋白、核纤层蛋白、组蛋白及转录因子等相结合，在有丝分裂进程、核膜重建、病毒侵染、染色质结构、基因转录调控、DNA损伤修复、高等动物发育、人类衰老相关疾病的发生等重大生命活动中具有重要作用。已有的研究表明，BAF在翻译后修饰调控下参与调节核膜装配、基因表达、染色质重塑等过程。目前较为清楚的BAF翻译后修饰是其磷酸化修饰，而其他翻译后修饰、调控及功能尚不甚清楚。

　　北京大学生命科学学院张传茂教授研究团队长期致力于细胞周期调控下的细胞核结构、动态变化和功能研究，近期在PNAS杂志在线发表了题为K6-linked SUMOylation of BAF regulates nuclear integrity and DNA replication in mammalian cells 的研究论文。该项研究工作发现，人源的BAF蛋白在执行功能时受到SUMO化修饰和调控，并阐述了SUMO化修饰维持BAF在间期细胞核内定位，进而维持细胞周期调控下的细胞核结构的完整性、DNA复制、以及其它功能和内在机制。

　　在实验过程中，该研究团队在人源的HEK293和HeLa细胞中首次发现，BAF与SUMO化修饰过程中唯一的E2结合酶Ubc9存在相互作用且在细胞核中共定位。通过免疫共沉淀及GST-Pull Down等生化实验进而发现，BAF可以受到SUMO蛋白SUMO1和SUMO2的共价修饰；通过单点突变的实验等方法确认，BAF分子序列第6位的赖氨酸为主要的SUMO化修饰位点。

　　通过免疫荧光及核质分离等实验发现，不能发生SUMO化的BAF突变体BAF-K6R在核质内的定位明显减弱，而在胞质的定位明显增加，且表达突变体BAF-K6R的细胞的核膜异常和多核现象明显多于表达野生型BAF的细胞，而这种异常现象能够被表达模拟SUMO化形式的SUMO2-K6R-BAF所纠正。进一步的研究证明，核纤层蛋白lamin A/C对于BAF在核内的定位起关键作用，而BAF与lamin A/C的相互作用依赖于BAF的SUMO化修饰。因为BAF-K6R突变体与lamin A的结合明显减弱，导致其在核质中的定位明显减少。

　　该研究团队还发现BAF的SUMO化修饰程度在S期最高。在HEK293细胞中敲低BAF，会引起S期阻滞以及DNA复制速率减慢。进一步研究发现，BAF在S期与重要的调控S期进程的蛋白PCNA共定位并存在相互作用。通过免疫共沉淀、凝胶阻滞以及等温滴定等实验，发现BAF的SUMO化能够稳定BAF与DNA、BAF与PCNA的结合，进而维持S期的正常进程。

　　SUMO化修饰与泛素化修饰（Ubiquitylation）类似，也是经过一系列酶介的级联反应。SUMO化修饰是一个具有高度动态性和可逆的过程。该研究团队证实SENP家族的SENP1和SENP2是BAF的去SUMO化酶，介导BAF的去SUMO化。综上所述，该研究团队发现并阐释了BAF在细胞周期过程中维持细胞核完整性、细胞核动态变化及细胞核功能的新机制，对深化理解SUMO化修饰调控核膜和核膜相关蛋白的功能提供了新的思路。

　　北京大学生命科学学院张传茂教授为本论文的通讯作者，其已毕业的博士生林巧玉为本文第一作者，实验室多位研究生和老师对此项工作做出了贡献。

　　原文链接：https://www.pnas.org/content/117/19/10378

　　来源：bioartreports

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