MRE11在同源重组修复起始过程中受核内GRB2精准时空调控
DNA双链断裂比一般的碱基损伤或单链断裂更难以修复，极易引起机体突变，因此在癌症的发生和发展过程中具重要作用。在损伤发生早期，断裂DNA链两端的H2AX发生S139位点的磷酸化形成γH2AX，后者作为发起DNA损伤修复的信号和招募修复蛋白的平台，通过MDC1，Rad17等蛋白将以MRE11为中心的MRN（MRE11/RAD50/NBS1）复合物招募至DNA损伤处进行双链修复。在损伤发生约2小时后，EYA磷酸酶去除γH2AX的磷酸化修饰从而释放MRN复合物至新的损伤位点。在整个修复过程中，DNA断链发生时MRE11的及时定位至损伤位点，以及损伤修复后的及时脱离才能保证修复正常进行。研究MRE11在DNA损伤修复中的时空精准调控对癌症的发生机制和抗癌靶点的发现具有重大研究意义。
2021年8月4日，MD安德森癌症中心John A. Tainer教授团队（第一作者Zu Ye）在Science Advances上发表题为GRB2 enforces homology-directed repair initiation by MRE11的研究论文。该研究发现响应外界生长因子信号后介导RAS/MAPK信号通路的接头蛋白GRB2具有在细胞核内调控DNA损伤修复的新功能。
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在DNA双链断裂发生时，分布于核内的GRB2蛋白与MRE11形成复合物（GM复合物），通过与DNA损伤处的γH2AX相互作用从而将MRE11招募至DNA损伤位点以启动HDR同源重组修复。GRB2功能被抑制后同源重组修复消失，且与PARP抑制剂具协同致死效应。该研究提示，细胞核内GRB2蛋白通过对MRE11的精准时空调控对维持细胞内基因组稳定性起重要作用，并且因为该调控参与癌症形成，所以可作为区分癌症患者是否响应PARP抑制剂的生物标志物及癌症治疗的新靶标。
该文作者在细胞和动物组织中发现了存在于细胞核内并且高度泛素化的GRB2蛋白，并鉴定其K109为泛素化位点。但是，不能被泛素化的K109RGRB2突变体与野生型一样能在胞质中形成二聚体并与SOS蛋白结合，诱导RAS/MAPK下游信号。故作者推测核内GRB2具有独立于其经典途径的新功能。作者通过质谱及一系列细胞内和细胞外的生化手段鉴定出GRB2能与DNA损伤修复蛋白：MRE11, RPA70及H2AX发生直接相互作用。同时GRB2能被维持基因组稳态所必须的E3泛素化连接酶RBBP6直接泛素化。GRB2与RBBP6在被γH2AX标记的DNA损伤处大量聚积的发现提示核内GRB2可能在DNA损伤修复过程中具有重要作用。
在接下来的机制研究中，作者利用GRB2敲除及野生型和突变型回复表达的细胞，发现核内GRB2对MRE11在DNA损伤位点的招募具决定性作用，但对于首先响应DNA损伤的γH2AX及其它的MRN 复合物组成蛋白 NBS1和RAD50在DNA损伤位点的聚积并无影响。同时，如果在细胞中敲除H2AX，GRB2与包括MRE11在内的MRN复合物蛋白在DNA损伤处的聚积受到强烈抑制，而且回复表达磷酸化缺失的H2AX突变体也不能挽救GRB2和MRE11在损伤处的聚集。该现象证明以磷酸化的H2AX为定位靶点，GRB2在损伤修复的过程中通过与MRE11的直接相互作用将其招募至DNA损伤修复处。
功能性研究表明，当DNA双链断裂后，GRB2主要促进HDR同源重组修复，同时抑制Alt-EJ选择性末端连接修复。与此前的研究一致，抑制由于GRB2缺失导致的HDR同源重组修复能大大提高癌症细胞对PARP抑制剂的敏感性，引发与PARP抑制剂的协同致死效应。通过对1094例乳腺癌患者（TCGA数据库BRCA）的临床数据分析，作者注意到只有在MRE11高表达且HDR修复表型正常（不具Signature 3突变）的患者中，GRB2的表达水平与癌症病人的生存几率呈负相关。该结果表明GRB2对乳腺癌的促癌作用依赖于由MRE11介导的HDR同源重组修复。
综上所述，该研究发现位于细胞核内的GRB2与MRE11形成复合体，DNA发生双链断裂时，GRB2能将MRE11及时有效地递送至γH2AX标记的DNA损伤位点，从而促进HDR同源重组修复。结合在染色质上的GRB2被E3泛素连接酶RBBP6泛素化后脱离原损伤位点，并可再次参与新的损伤修复。该研究不仅首次系统性的报道了GRB2在核内独立于其在胞质中参与经典Ras/MAPK途径之外的重要功能，同时阐明了细胞对MRE11在DNA双链损伤修复过程中精准的时空调控机制，为PARP抑制剂在癌症治疗中提供了新的生物标记物和重要的治疗靶点。
GRB2通过MRE11参与DNA双链损伤修复
MD安德森癌症中心的叶足博士主导了该研究，为文章的第一作者，John A. Tainer博士和Zamal Ahmed博士为共同通讯作者，其它研究人员包括MD安德森癌症中心的徐胜凤博士，Albino Bacolla1博士，Chi-Lin Tsai博士，Guang Peng博士，Bin Wang博士等及浙江大学基础医学院的讲师诗音博士。
