2020年4月24日，北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張傳茂教授實(shí)驗(yàn)室在PNAS雜志在線發(fā)表了題為“K6-linked SUMOylation of BAF regulates nuclear integrity and DNA replication in mammalian cells”（https://www.pnas.org/content/117/19/10378）的研究論文。該項(xiàng)工作發(fā)現(xiàn)，人源BAF蛋白在執(zhí)行功能時受到SUMO化修飾所調(diào)控，并進(jìn)一步闡述了SUMO化修飾調(diào)控BAF在間期細(xì)胞核內(nèi)定位，進(jìn)而維持間期細(xì)胞核的完整性，調(diào)控細(xì)胞周期進(jìn)程的功能及其內(nèi)在機(jī)制。

核膜（Nuclear Envelope）是核質(zhì)和細(xì)胞質(zhì)之間的界膜，由內(nèi)外雙層核膜和貫穿內(nèi)外的核孔復(fù)合體構(gòu)成。核膜在細(xì)胞分裂時進(jìn)行去組裝和再組裝等一些有序動態(tài)變化。保持核膜結(jié)構(gòu)的完整性及其在細(xì)胞周期進(jìn)程中有序的動態(tài)變化，對于基因組的穩(wěn)定性、細(xì)胞的各項(xiàng)生命活動乃至生物個體的生存等，具有重要的生物學(xué)意義。編碼不同核膜蛋白的基因若發(fā)生突變，將會引起一系列嚴(yán)重的核膜相關(guān)疾病。BAF（Barrier to Autointegration Factor）是一種內(nèi)層核膜結(jié)合蛋白，在高等動物中高度保守，可以與DNA、LEM結(jié)構(gòu)域蛋白、核纖層蛋白、組蛋白及轉(zhuǎn)錄因子等相結(jié)合，在有絲分裂進(jìn)程、核膜重建、病毒侵染、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)、基因轉(zhuǎn)錄調(diào)控、DNA損傷修復(fù)、高等動物發(fā)育、人類衰老相關(guān)疾病的發(fā)生等重大生命活動中具有重要作用。已有的研究表明，BAF在翻譯后修飾調(diào)控下參與調(diào)節(jié)核膜裝配、基因表達(dá)、染色質(zhì)重塑等過程。目前較為清楚的BAF翻譯后修飾是其磷酸化修飾，而其他翻譯后修飾、調(diào)控及功能尚不甚清楚。

張傳茂教授研究團(tuán)隊長期致力于細(xì)胞周期調(diào)控下的細(xì)胞核結(jié)構(gòu)、動態(tài)變化和功能研究。在本項(xiàng)工作中，該團(tuán)隊在HEK293和HeLa細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)，BAF與SUMO化修飾過程中唯一的E2結(jié)合酶Ubc9存在相互作用且在細(xì)胞核中共定位；通過免疫共沉淀及GST-Pull Down等生化實(shí)驗(yàn)進(jìn)而發(fā)現(xiàn)，BAF執(zhí)行功能時受到SUMO蛋白SUMO1和SUMO2共價修飾所調(diào)控；通過單點(diǎn)突變的實(shí)驗(yàn)方法，確認(rèn)了BAF第6位的賴氨酸為主要的SUMO化修飾位點(diǎn)。

免疫熒光及核質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)顯示，不能發(fā)生SUMO化的BAF-K6R突變體在核質(zhì)內(nèi)的定位明顯減弱，而在胞質(zhì)的定位明顯增加；表達(dá)BAF-K6R突變體的細(xì)胞，其核膜異常現(xiàn)象和異常多核現(xiàn)象顯著增加。而BAF-K6R的模擬SUMO化形式SUMO2-K6R-BAF則可以恢復(fù)BAF-K6R表達(dá)引發(fā)的異常。進(jìn)一步研究證明，核纖層蛋白lamin A/C對于BAF在核內(nèi)的定位起關(guān)鍵作用，而BAF與lamin A/C的相互作用依賴于BAF的SUMO化修飾。因此，不能被SUMO化修飾的BAF-K6R突變體與lamin A的結(jié)合明顯減弱，這是其在核質(zhì)中定位明顯減少的原因。

BAF蛋白第6位賴氨酸的SUMO化維持了S期DNA的正常復(fù)制和核膜結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性

該研究團(tuán)隊還發(fā)現(xiàn)，BAF的SUMO化修飾程度在S期最高。在HEK293細(xì)胞中敲低BAF，會引起S期阻滯以及DNA復(fù)制速率減慢。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BAF在S期與調(diào)控S期進(jìn)程的重要蛋白PCNA共定位并存在相互作用；通過免疫共沉淀、凝膠阻滯以及等溫滴定等實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)BAF的SUMO化修飾能夠穩(wěn)定BAF與DNA和BAF與PCNA的結(jié)合，從而維持S期的正常進(jìn)程。

SUMO化修飾與泛素化修飾（Ubiquitylation）類似，也是經(jīng)過一系列酶介的級聯(lián)反應(yīng)。SUMO化修飾是一個具有高度動態(tài)性和可逆的過程。該研究團(tuán)隊證實(shí)SENP家族的SENP1和SENP2是BAF的去SUMO化酶，介導(dǎo)BAF的去SUMO化。綜上所述，該研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)并闡釋了BAF在細(xì)胞周期中維持細(xì)胞核完整性、細(xì)胞核動態(tài)變化及其功能的新機(jī)制，對深化理解SUMO化修飾調(diào)控核外周蛋白的功能提供了新的思路。

BAF在細(xì)胞周期中的SUMO化動態(tài)修飾維持BAF的細(xì)胞核內(nèi)定位，進(jìn)而維持間期細(xì)胞核的完整性

北京大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張傳茂教授為本論文的通訊作者，張傳茂實(shí)驗(yàn)室已畢業(yè)博士林巧玉為本文第一作者，實(shí)驗(yàn)室多位研究生和老師對此項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。該項(xiàng)目受到國家自然科學(xué)基金委員會和科技部的項(xiàng)目資助。

張傳茂教授實(shí)驗(yàn)室長期以來主要以細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)和生物化學(xué)方法技術(shù)等為研究手段，以培養(yǎng)細(xì)胞，小鼠、非洲爪蟾、果蠅等為主要實(shí)驗(yàn)材料，在分子、亞細(xì)胞、細(xì)胞、組織和個體水平上，從事干細(xì)胞增殖與分化、細(xì)胞周期調(diào)控（包括紡錘體裝配和核膜裝配機(jī)理等）、細(xì)胞核結(jié)構(gòu)、細(xì)胞核動態(tài)變化及功能、Ran GTP酶功能調(diào)控、腫瘤細(xì)胞增殖調(diào)控等方面的研究。

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