DNA 损伤结合蛋白 1; DDB1

  • DDB,p127 亚基

HGNC 批准的基因符号:DDB1

细胞遗传学位置:11q12.2 基因组坐标(GRCh38):11:61,299,450-61,333,104(来自 NCBI)

▼ 描述

DDB1 基因编码损伤特异性 DNA 结合蛋白 1,它在 DNA 损伤反应中发挥着至关重要的作用,特别是在核苷酸切除修复途径中,它作为 CUL4-DDB1 泛素 E3 连接酶复合物(CRL4) 的一部分发挥作用。人们发现 CRL4 复合物在其他细胞过程中发挥作用,包括调节染色质重塑、DNA 复制和信号转导(White 等人总结,2021)。

▼ 克隆与表达

Chu 和 Chang(1988) 发现来自 2 名近亲着色性干皮病互补组 E(XPE; 278740) 患者的细胞缺乏识别紫外线照射 DNA 的 DNA 损伤结合活性。基尼等人(1993) 将 DDB 蛋白纯化至明显同质性,并从人胎盘和 HeLa 细胞中对其进行了表征。它显然与首次描述的人类胎盘活性相同。DDB 活性与约 124 kD 的多肽相关,发现该多肽与 41 kD 的蛋白质复合。这种稳定的异二聚体反过来可以形成更高阶的复合物。为了测试缺乏 DNA 损伤结合活性的 XPE 患者亚群中的 DNA 修复缺陷是否是由 DDB 缺陷引起的,Keeney 等人(1994) 将纯化的人 DDB 蛋白注射到 XPE 细胞中。注射的 DDB 蛋白刺激缺乏 DDB 活性的菌株 DNA 修复至正常水平,但不刺激含有该活性的 XPE 患者细胞的修复。这些结果提供了直接证据,表明 DDB 活性缺陷导致 XPE 患者亚群出现修复缺陷,并确定了该活性在体内核苷酸切除修复中的作用。

通过 SDS 聚丙烯酰胺凝胶测定,来自 HeLa 细胞的 DNA 损伤结合蛋白与相对质量为 124,000 和 41,000 的多肽(DDB2;600811) 相关。双兰等人(1995) 分离出编码 DDB 每种多肽的全长人类 cDNA。基于开放解读码组预测的肽分子量分别为 127,000 和 48,000。当在体外兔网织红细胞系统中表达时,p48 亚基在 SDS 聚丙烯酰胺凝胶上以 41 kD 的相对质量迁移,类似于从 HeLa 细胞中纯化的肽。数据库中任何蛋白质中衍生的p48肽序列之间没有显着的同源性,p127的衍生肽序列仅与猴DDB p127具有同源性(98%的核苷酸同一性,仅1个保守氨基酸取代)。

▼ 基因功能

Wertz 等人(2004) 报道人类 DET1(608727) 通过组装含有 DDB1、滞蛋白 4A(CUL4A; 603137)、滞蛋白s-1 调节因子(ROC1; 603814) 和组成型光形态发生的多亚基泛素连接酶来促进原癌转录因子 c-Jun(165160) 的泛素化和降解 - 1(第一届缔约方会议;608067)。通过 RNA 干扰消除任何亚基可以稳定 c-Jun 并增加 c-Jun 激活的转录。韦尔茨等人(2004) 得出的结论是,他们的发现表征了 c-Jun 泛素连接酶,并定义了哺乳动物细胞中 DET1 的特定功能。

Obuse 等人通过分析用 HeLa 细胞核裂解物中的抗 CENPA(117139) 抗体免疫沉淀的蛋白质(2004) 表明 DDB1 与着丝粒复合体相关,该复合体还包含主要着丝粒蛋白 CENPB(117140)、CENPC(117141)、CENPH(605607)、CENPI(300065) 和 MIS12(609178) 等。在 HeLa 细胞的整个细胞周期中,DDB1 与 CENPA 共定位于着丝粒处;间期出现在细胞质和细胞核中,中期与染色体结合。

通过质谱分析,Higa 等人(2006) 鉴定了超过 20 个包含 WD40 重复序列(WDR) 的蛋白质,它们与 CUL4-DDB1-ROC1 复合物相互作用。序列比对表明,大多数相互作用的 WDR 蛋白都有一个位于中心的 WDxR/K 子基序。敲低研究表明 WDR 蛋白起到底物特异性接头的作用。例如,L2DTL(DTL; 610617) 的失活(而非其他 WDR 蛋白)可阻止伽马射线照射后 CDT1(605525) 的 CUL4-DDB1 依赖性蛋白水解。WDR5(609012) 或 EED(605984) 的失活(而非其他 WDR 蛋白)改变了 CUL4-DDB1 依赖性组蛋白 H3(参见 602810)甲基化的模式。

伊藤等人(2010) 证明沙利度胺结合蛋白 cereblon(CRBN; 609262) 与 DDB1 和 CUL4A 形成 E3 泛素连接酶复合物,这对于斑马鱼和雏鸡的肢体生长和成纤维细胞生长因子 FGF8(600483) 的表达非常重要。作者发现沙利度胺通过与 CRBN 结合并抑制相关的泛素连接酶活性来启动其致畸作用。伊藤等人(2010) 得出的结论是,他们的研究揭示了沙利度胺致畸性的基础,并可能有助于开发无致畸活性的沙利度胺衍生物。

于等人(2013) 发现 滞蛋白-环指连接酶 4(CRL4) 复合物对于调节女性生育力维持卵泡所需基因的表达至关重要。于等人(2013) 发现 CRL4 连接蛋白 DDB1 或其底物转换因子 VPRBP(DCAF1; 617259) 的卵母细胞特异性缺失导致卵母细胞快速丢失、卵巢早衰和生育力维持基因沉默。CRL4(VPRBP) 激活 TET 甲基胞嘧啶双加氧酶(参见 607790),该酶参与雌性生殖细胞发育和受精卵基因组重编程。于等人(2013)由此得出结论,CRL4(VPRBP)泛素连接酶是生殖细胞中雌性生殖生命的守护者,也是受精后母体重编程因子。

Zeng 等人使用野生型和突变型粟酒裂殖酵母(2016) 表明 Wdr70(617233) 与 Cul4-Ddb1 泛素连接酶复合物中的 Ddb1 相互作用,刺激组蛋白 H2B(参见 609904)单泛素化,从而通过同源重组修复 DNA 双链断裂。Wdr70 和 Ddb1 均直接与诱导双链断裂的近端和远端相关,并通过 Rnf20(607699)-Rnf40(607700)-Ubch6(UBE2E1; 602916) 复合物介导单泛素化 H2B 的扩散。Wdr70 和单泛素化 H2B 还招募 Exo1(606063) 核酸酶来导致 DNA 双链断裂。Zeng 等人利用短干扰 RNA 和 CRISPR 技术(2016) 表明,人类 WDR70 和 DDB1 参与 HEK293T 细胞中 H2B 的 DNA 损伤依赖性单泛素化。

德西埃等人(2016) 证明,由乙型肝炎病毒编码的调节性 HBx 蛋白通过劫持含有 DDB1(600045) 的细胞 E3 泛素连接酶以靶向“染色体结构维持”(Smc) 复合物 Smc5/6(609386/609387) 进行降解,从而促进乙型肝炎病毒复制。阻断该事件会抑制 HBx 对染色体外报告基因和乙型肝炎病毒转录的刺激作用。相反,沉默 Smc5/6 复合物会在缺乏 HBx 的情况下增强染色体外报告基因转录,恢复 HBx 缺陷型乙型肝炎病毒的复制,并在 DDB1 敲低背景下拯救野生型乙型肝炎病毒。Smc5/6 复合体与染色体外报告基因和乙型肝炎病毒基因组相关,提示转录抑制的直接机制。德西埃等人(2016) 得出的结论是,他们的结果揭示了 Smc5/6 复合物作为选择性阻断染色体外 DNA 转录的限制因子的新作用。通过破坏这种复合物,HBx 可以解除抑制,从而实现乙型肝炎病毒基因的高效表达。

▼ 生化特征

晶体结构

为了揭示 DDB1 如何融入 CUL4A-ROC1 复合物并介导底物招募,Angers 等人(2006) 确定了与猿猴病毒 5(SV5) V 蛋白结合的 DDB1-CUL4A-ROC1 复合物的 3.1 埃晶体结构。DDB1 使用 1 个 β 螺旋桨结构域进行 滞蛋白 支架结合,并使用可变连接的单独双 β 螺旋桨折叠进行底物呈递。Angers 等人通过串联亲和纯化人 DDB1 和 CUL4A 复合物,然后进行质谱分析(2006) 鉴定了一个新的 WD40 重复蛋白家族,它直接与 DDB1 的双螺旋桨折叠结合,并作为 E3 的底物招募模块。昂热等人一起。

费舍尔等人(2014) 展示了与沙利度胺、来那度胺和泊马度胺结合的 DDB1-CRBN(609262) 复合物的晶体结构。该结构表明 CRBN 是 E3 泛素连接酶复合物 CRL4(CRBN) 内的底物受体,并且对映选择性地结合免疫调节药物。通过无偏筛选,作者确定同源框转录因子 MEIS2(601740) 是 CRL4(CRBN) 的内源底物。费舍尔等人(2014) 得出的结论是,他们的研究表明,免疫调节药物会阻止 MEIS2 等内源性底物与 CRL4(CRBN) 结合,同时连接酶复合物会招募 IKZF1(603023) 或 IKZF3(606221) 进行降解。这种双重活性意味着小分子可以调节 E3 泛素连接酶。

使用荧光原位杂交(FISH) 进行绘图,Dualan 等人(1995) 将 DDB p127 基因座(DDB1) 对应到 11q12-q13,将 DDB p48 基因座(DDB2) 对应到 11p12-p11。费尔南德斯等人(1998) 使用 FISH 和小鼠/仓鼠体细胞杂交分析将 Ddb1 基因定位到小鼠 19 号染色体。

▼ 分子遗传学

White-Kernohan 综合征

White 等人在 8 名无关的 White-Kernohan 综合征患者(WHIKERS; 619426) 中进行了研究(2021) 在 DDB1 基因(600045.0001-600045.0005) 中发现了 5 个不同的从头杂合突变。这些突变是通过外显子组测序发现的,患者是通过媒人交换计划确定的。存在1个框内缺失和4个错义突变;全部发生在保守的 MSS1 域中。来自 2 名存在错义突变的患者(P2 和 P4)的淋巴细胞显示出正常的 DDB1 mRNA 和蛋白质水平。对这些患者细胞的体外功能研究表明,与对照组相比,紫外线诱导的 DNA 损伤后 DNA 损伤信号反应发生了改变,组蛋白甲基化也发生了变化。作者提出突变的显性失活或功能获得效应,

关联待确认

通过检查来自具有量化色素沉着水平的个体的 1,570 个不同种族的非洲基因组,Crawford 等人(2017) 在 11 号染色体约 195 kb 的区域中鉴定了 33 个 SNP,预计这些 SNP 与皮肤色素沉着有关,其中包括在紫外线反应和黑色素瘤风险中发挥作用的基因。该区域包括 DDB1 和 TMEM138(614459) 基因。DDB1/TMEM138 区域中最显着相关的 SNP 是 rs7948623(p = 2.2 x 10(-11)),位于 TMEM138 下游 172 bp。含有 rs7948623 的构建体在人黑色素瘤细胞系中显示出增强子活性,并与人乳腺癌细胞系中的 DDB1 启动子和邻近基因相互作用。衍生的 rs7948623T 等位基因,与深色色素沉着相关,在东非尼罗-撒哈拉人群中最常见,在南亚和澳大利亚-美拉尼西亚人群中发病率中等至较高。在 SNP rs11230664(DDB1 内的一个内含子 SNP)中,与深色色素沉着相关的祖先 C 等位基因在所有撒哈拉以南非洲人群中都很常见,在东非尼罗-撒哈拉、哈扎和桑人群中出现频率最高(88% 至 96%),在南亚和澳大利亚-美拉尼西亚人群中出现中等到高频(12% 至 66%)。衍生的 T 等位基因与浅色沉着相关,在欧洲、东亚和美洲原住民群体中几乎是固定的。衍生等位基因 rs7948623T 和 rs11230664T 的最近共同祖先(TMRCA) 的时间估计分别超过 600,000 和 250,000 年。来自 106 个原代黑色素细胞培养物的 RNA-seq 数据表明,非洲血统与 DDB1 基因表达增加相关(p = 2.6 x 10(-5)),而与深色色素沉着相关的祖先 rs7120594T 等位基因与 DDB1 表达增加相关。人们发现,与非洲人深色色素沉着相关的变异在南亚和澳大利亚-美拉尼西亚人的血统上是相同的。

排除研究

斯托尔等人(1998) 研究了 DDB1 可能参与最佳卵黄状黄斑营养不良(VMD; 153700) 的发病机制,因为该疾病对应到 11q 上的同一区域,并且因为 DDB1 基因在视网膜中大量表达。DDB1 基因突变筛查表明 Best 病患者没有序列改变。

▼ 动物模型

苍等人(2006) 发现小鼠 Ddb1 基因的缺失导致早期胚胎死亡。大脑和晶状体中 Ddb1 的条件性失活会导致神经元和晶状体变性、脑出血和新生儿死亡。这些缺陷源于通过细胞凋亡选择性消除几乎所有增殖的神经元祖细胞和晶状体上皮细胞。细胞死亡之前会出现细胞周期调节因子的异常积累和基因组不稳定性的增加,并且可以通过删除 p53(TP53; 191170) 来部分挽救。

苍等人(2007) 发现小鼠表皮特异性删除 Ddb1 导致 c-Jun 和 p21Cip1(CDKN1A; 116899) 大量积累,细胞周期停滞在 G2/M,增殖细胞选择性凋亡,结果导致表皮和毛囊几乎完全丧失。p53的缺失部分挽救了上皮祖细胞免于死亡,并允许非整倍体细胞在表皮中积累。

▼ 等位基因变异体(5 个选定示例):

.0001 WHITE-KERNOHAN 综合征
DDB1、9-BP DEL、NT551
在一名患有 White-Kernohan 综合征(WHIKERS;619426)的 17 岁女孩(P1) 中,White 等人(2021) 在 DDB1 基因中发现了一个从头杂合的 9 bp 缺失(c.551_559del, NM_001923.3),导致 MMS1 结构域中 3 个氨基酸的框内缺失(Asp184_Gln186del)。该突变是通过外显子组测序发现的,但在 gnomAD 数据库(v.2.1.1) 中不存在。对患者细胞的分析显示 DDB1 蛋白水平正常。没有进行额外的功能研究。

.0002 WHITE-KERNOHAN 综合征
DDB1、ARG188TRP
在一名患有 White-Kernohan 综合征(WHIKERS;619426)的 9 岁女孩(P2) 中,White 等人(2021) 在 DDB1 基因中鉴定出一个从头杂合的 c.562C-T 转换(c.562C-T,NM_001923.4),导致 MMS1 结构域中的保守残基处的 arg188 至 trp(R188W) 取代。该突变是通过外显子组测序发现的,但在 gnomAD 数据库(v.2.1.1) 中不存在。患者细胞显示正常的 DDB1 mRNA 和蛋白质水平。对患者淋巴母细胞的体外功能研究显示,紫外线诱导的 DNA 损伤后出现异常的 DNA 损伤特征和组蛋白甲基化,表明 DDB1 调节途径被破坏。

.0003 WHITE-KERNOHAN 综合征
DDB1、ARG188GLN
在一名患有 White-Kernohan 综合征(WHIKERS;619426)的 10 岁男孩(P3) 中,White 等人(2021) 在 DDB1 基因中鉴定出一个从头杂合的 c.563G-A 转变(c.563G-A, NM_001923.4),导致 MMS1 结构域中的保守残基处的 arg188 到 gln(R188Q) 取代。该突变是通过外显子组测序发现的,但在 gnomAD 数据库(v.2.1.1) 中不存在。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。

.0004 白克诺汉综合征
DDB1、GLU213LYS
在 4 名患有怀特克诺汉综合征(WHIKERS; 619426) 的无关患者(P4-P7) 中,White 等人(2021) 在 DDB1 基因中鉴定出一个从头杂合的 c.637G-A 转变(c.637G-A, NM_001923.4),导致 MMS1 结构域中的保守残基处发生 glu213 到 lys(E213K) 取代。该突变是通过外显子组测序发现的,但在 gnomAD 数据库(v.2.1.1) 中不存在。患者细胞显示正常的 DDB1 mRNA 和蛋白质水平。对患者淋巴母细胞的体外功能研究显示,紫外线诱导的 DNA 损伤后出现异常的 DNA 损伤特征和组蛋白甲基化,表明 DDB1 调节途径被破坏。

.0005 WHITE-KERNOHAN 综合征
DDB1, PHE429VAL
在一名患有 White-Kernohan 综合征(WHIKERS; 619426) 的 1 岁女孩(P8) 中,White 等人(2021) 鉴定了 DDB1 基因中的从头杂合 c.1285T-G 颠换(c.1285T-G, NM_001923.4),导致 MMS1 结构域中的保守残基处发生 phe429 至 val(F429V) 取代。该突变是通过外显子组测序发现的,但在 gnomAD 数据库(v.2.1.1) 中不存在。没有进行变体的功能研究和患者细胞的研究。