NuMA蛋白ADP核糖基化通过促进单链断裂修复与转录调控维持基因组稳定性

这篇研究揭示了核有丝分裂器蛋白（NuMA）的ADP核糖基化（ADPr）在氧化应激下调控DNA单链断裂修复（SSBR）和基因转录的关键机制。通过构建ADP核糖基化缺陷突变体（NuMAPARmut），作者证实其与酪氨酰DNA磷酸二酯酶1（TDP1）的相互作用减弱，导致启动子和增强子区域氧化损伤积累，并阻碍NuMA调控基因（NRGs）的表达。该研究为理解ADP核糖基化在基因组稳定性维持中的分子机制提供了新视角。

　　

NuMA蛋白ADP核糖基化的功能解析

研究背景
单链DNA断裂（SSBs）是哺乳动物细胞中最常见的DNA损伤类型，每日每个细胞约发生10,000次。氧化应激通过直接破坏碱基或间接形成脱嘌呤/脱嘧啶（AP）位点导致SSBs，其修复缺陷与癌症和神经系统疾病密切相关。核有丝分裂器蛋白（NuMA）此前被发现参与SSB修复（SSBR）并保护基因调控元件免受氧化损伤，但其分子机制尚不明确。

ADP核糖基化缺陷突变体的构建与验证
研究团队通过质谱鉴定的16个ADP核糖基化位点（其中14个为丝氨酸），构建了GFP标记的ADP核糖基化缺陷突变体NuMA^PARmut。免疫沉淀实验显示，该突变体在未处理和H₂O₂处理条件下ADP核糖基化水平降低40%。AlphaFold结构预测表明，突变未显著改变NuMA的C端球状结构域构象，排除了结构变异对功能的干扰。

NuMA-TDP1相互作用的ADP核糖基化依赖性
免疫共沉淀实验揭示，NuMA^PARmut与TDP1的结合在整体细胞和染色质组分中分别减少38%和50%，但与PARP1和XRCC1的相互作用不受影响。这一结果提示NuMA的ADP核糖基化特异性调控其与TDP1的协同作用，可能通过PARP1介导的翻译后修饰级联实现。

修复动力学与调控元件保护缺陷
碱性彗星实验显示，NuMA^PARmut回补细胞在H₂O₂处理后30分钟和60分钟的DNA断裂残留率分别达50%和35%，与NuMA缺失细胞相当。OGG1-AP-qPCR进一步证实，突变体无法有效保护FOS、CCN2等基因启动子及TE6189增强子区域，导致AP位点积累增加1.5-2.6倍。染色质免疫沉淀（ChIP）显示NuMA^{PARmut在损伤位点的招募受损，表明ADP核糖基化是其靶向DNA断裂的关键。}

转录调控功能的丧失
在氧化应激条件下，NuMA^PARmut回补细胞中FOS、JUN等NuMA调控基因（NRGs）的表达较野生型降低25-32%，与NuMA缺失表型一致。机制上，突变体无法作为"PAR池"限制RNA聚合酶II（RNAPII）的ADP核糖基化，导致启动子区域RNAPII富集减少50%，阻碍转录恢复。

TDP1过表达的局限性
尽管TDP1过表达可部分挽救NuMA缺失细胞的转录缺陷，但对NuMA^PARmut的修复和转录障碍无改善，凸显ADP核糖基化在NuMA功能中的不可替代性。

讨论与展望
该研究首次阐明NuMA的ADP核糖基化通过"PAR化-招募-修复"轴协调SSBR与转录的分子机制。未来需探究HPF1/PARP1/ARH3通路对NuMA修饰的调控，以及与其他翻译后修饰（如磷酸化）的交叉对话。这些发现为开发靶向ADP核糖基化的抗癌策略提供了理论依据。