2020-05-27 03:16 來源：澎湃新聞·澎湃號·政務
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核膜（Nuclear Envelope）是核質和細胞質之間的界膜，由內外雙層核膜和貫穿內外的核孔複合體構成。核膜在細胞分裂時進行去組裝和再組裝等一些有序動態變化。保持核膜結構的完整性及其在細胞周期進程中有序的動態變化，對於基因組的穩定性、細胞的各項生命活動乃至生物個體的生存等，具有重要的生物學意義。編碼不同核膜蛋白的基因若發生突變，將會引起一系列嚴重的核膜相關疾病。BAF（Barrier to Autointegration Factor）是一種內層核膜結合蛋白，在高等動物中高度保守，可以與DNA、LEM結構域蛋白、核纖層蛋白、組蛋白及轉錄因子等相結合，在有絲分裂進程、核膜重建、病毒侵染、染色質結構、基因轉錄調控、DNA損傷修復、高等動物發育、人類衰老相關疾病的發生等重大生命活動中具有重要作用。已有的研究表明，BAF在翻譯後修飾調控下參與調節核膜裝配、基因表達、染色質重塑等過程。目前較為清楚的BAF翻譯後修飾是其磷酸化修飾，而其他翻譯後修飾、調控及功能尚不甚清楚。
北京大學生命科學學院張傳茂教授研究團隊長期致力於細胞周期調控下的細胞核結構、動態變化和功能研究，近期在PNAS雜誌在線發表了題為 K6-linked SUMOylation of BAF regulates nuclear integrity and DNA replication in mammalian cells 的研究論文。該項研究工作發現，人源的BAF蛋白在執行功能時受到SUMO化修飾和調控，並闡述了SUMO化修飾維持BAF在間期細胞核內定位，進而維持細胞周期調控下的細胞核結構的完整性、DNA複製、以及其它功能和內在機制。
在實驗過程中，該研究團隊在人源的HEK293和HeLa細胞中首次發現，BAF與SUMO化修飾過程中唯一的E2結合酶Ubc9存在相互作用且在細胞核中共定位。通過免疫共沉澱及GST-Pull Down等生化實驗進而發現，BAF可以受到SUMO蛋白SUMO1和SUMO2的共價修飾；通過單點突變的實驗等方法確認，BAF分子序列第6位的賴氨酸為主要的SUMO化修飾位點。
通過免疫螢光及核質分離等實驗發現，不能發生SUMO化的BAF突變體BAF-K6R在核質內的定位明顯減弱，而在胞質的定位明顯增加，且表達突變體BAF-K6R的細胞的核膜異常和多核現象明顯多於表達野生型BAF的細胞，而這種異常現象能夠被表達模擬SUMO化形式的SUMO2-K6R-BAF所糾正。進一步的研究證明，核纖層蛋白lamin A/C對於BAF在核內的定位起關鍵作用，而BAF與lamin A/C的相互作用依賴於BAF的SUMO化修飾。因為BAF-K6R突變體與lamin A的結合明顯減弱，導致其在核質中的定位明顯減少。
該研究團隊還發現BAF的SUMO化修飾程度在S期最高。在HEK293細胞中敲低BAF，會引起S期阻滯以及DNA複製速率減慢。進一步研究發現，BAF在S期與重要的調控S期進程的蛋白PCNA共定位並存在相互作用。通過免疫共沉澱、凝膠阻滯以及等溫滴定等實驗，發現BAF的SUMO化能夠穩定BAF與DNA、BAF與PCNA的結合，進而維持S期的正常進程。
SUMO化修飾與泛素化修飾（Ubiquitylation）類似，也是經過一系列酶介的級聯反應。SUMO化修飾是一個具有高度動態性和可逆的過程。該研究團隊證實SENP家族的SENP1和SENP2是BAF的去SUMO化酶，介導BAF的去SUMO化。綜上所述，該研究團隊發現並闡釋了BAF在細胞周期過程中維持細胞核完整性、細胞核動態變化及細胞核功能的新機制，對深化理解SUMO化修飾調控核膜和核膜相關蛋白的功能提供了新的思路。
北京大學生命科學學院張傳茂教授為本論文的通訊作者，其已畢業的博士生林巧玉為本文第一作者，實驗室多位研究生和老師對此項工作做出了貢獻。
原文連結：https://www.pnas.org/content/117/19/10378
來源：BioArtReports
1980-2020
原標題：《【學術前沿】北大張傳茂團隊在核膜蛋白SUMO化修飾和功能研究中取得新進展》
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