分享一篇Nature Metabolism上的文章“ASS1 metabolically contributes to the nuclear and cytosolic p53-mediated DNA damage response”。通讯作者是来自以色利魏茨曼科学研究所分子细胞生物学系的Ayelet Erez教授，其课题组主要关注尿素循环成分对伴随疾病发病机制代谢变化的贡献。

尿素循环中，精氨酸琥珀酸合成酶ASS1以及精氨酸裂解酶ASL调节精氨酸琥珀酸的合成与降解，对精氨酸、富马酸以及下游鸟氨酸等代谢物的水平起到调节作用。此前研究发现癌细胞中ASS1的活性下降影响了嘧啶核苷酸的平衡，并促进了癌症增殖；此外，ASS1的启动子区域内存在p53结合位点，在X射线或DOX诱导DNA损伤后，p53诱导ASS1基因表达上调。这些结果说明ASS1功能与p53所介导DNA损伤相关功能之间存在联系。在本文中，作者对这一过程的具体机制进行了探究。

作者首先使用DOX诱导ASS1敲除的结直肠癌细胞，发现敲除ASS1导致DOX诱导后细胞存活率下降。在代谢上，虽然DOX诱导DNA损伤后尿嘧啶比天冬氨酸的比例会下降，但是ASS1敲除整体增加了这一比例。另外，DOX诱导的敲除细胞中细胞周期明显变化，ASS1的敲除进一步延长了G1期。作者也利用已有的DNA损伤标志物确定了在ASS1敲除之后DOX诱导产生的DNA损伤的程度增加。这些结果说明ASS1的缺失在正常以及DOX诱导后都会增加DNA损伤。

作者注意到ASS1虽然是一种细胞质蛋白，但是免疫荧光显示在Dox诱导后它也在细胞核内积累，这种积累受到p53表达的调节；作者通过质谱鉴定到了ASS1与入核蛋白IPO7存在相互作用，该相互作用也在诱导DNA损伤后进一步增加。另外，ASL的细胞核内水平也在DNA损伤中增加，且ASS1-ASL的接近程度有所增加，这可能导致通过ASS1-ASL催化产生的富马酸增加。作者利用¹³C₄标记的天冬氨酸氨酸培养从小鼠肝脏中分离出的细胞核，发现ASS1在核内的表达会增加从天冬氨酸衍生的富马酸水平；而在ASS1敲除的癌细细胞上外加富马酸盐也会抑制细胞的凋亡并提高其存活率。说明ASS1-ASL介导的细胞核内富马酸生成过程会影响癌细胞对DNA损伤的响应以及后续存活。

在鉴定细胞核内ASS1相互作用蛋白时，作者注意到许多与染色质重塑相关的蛋白。其中染色质亚家族C成员1（SMARCC1）被报道过存在富马酸化的翻译后修饰，该修饰破坏了SMARCC1和蛋白的相互作用并影响了转录。在Dox诱导的DNA损伤过程中，ASS1与SMARCC1的相互作用增加，而在ASS1敲除的细胞中SMARCC1水平也有所下降，且核内蛋白整体的琥珀酸化也有下降。最后，在不表达SMARCC1的卵巢癌细胞中转染模拟富马酸化的SMARCC1 C520E 蛋白时，p53调节的细胞周期基因表达受到了抑制。

基于这些结果，作者提出了一个完整模型。在含有ASS1的细胞中，DNA损伤导致p53诱导ASS1水平增加，并在核内通过增加富马酸产生SMARCC1琥珀酸化，调节细胞周期检查点基因的表达。而在ASS1缺失的细胞中，由于天冬氨酸和核苷酸代谢受影响，DNA存在固有损伤；细胞核中SMARCC1的琥珀酸化也会减弱，并促进了p53下游基因的转录。

总之，这篇文章证明了ASS1的代谢功能在p53介导的DNA损伤反应中发挥重要作用。

本文作者：MYZ

责任编辑：FTY

文章链接：

https://www.nature.com/articles/s42255-024-01060-5

原文引用：DOI：10.1038/s42255-024-01060-5