ASS1通過代謝調節p53介導的DNA損傷反應，在DNA損傷中扮演關鍵角色

　　尿素循環是哺乳動物的主要代謝途徑，精氨酸琥珀酸合成酶ASS1將天冬氨酸和瓜氨酸結合形成精氨琥珀酸，后者被精氨酸裂解酶ASL分解形成鳥氨酸和尿素。ASS1還與ASL在細胞質中參與精氨酸-瓜氨酸循環，以供應細胞所需的精氨酸及其下游代謝物和富馬酸。此前的研究發現，ASS1在許多癌癥類型中被沉默，其表達降低影響了嘧啶核苷酸的平衡，進而促進了癌癥增殖。此外，有研究發現，ASS1的啟動子區域內存在p53結合位點，在X射線或阿霉素（DOX）誘導DNA損傷后，p53誘導ASS1基因表達上調。上述現象表明，ASS1與p53介導的DNA損傷之間存在聯系。

　　近日，以色利魏茨曼科學研究所的Ayelet Erez團隊在Nature Metabolism發表了題為ASS1 metabolically contributes to the nuclear and cytosolic p53-mediated DNA damage response的研究性論文，揭示了ASS1在DNA損傷中的關鍵作用。

　　為探究ASS1在p53介導的DNA損傷反應中的潛在作用，研究人員在攜帶野生型p53的結腸癌細胞中使用多柔比星（Dox）誘導DNA損傷。結果顯示，Dox處理后，ASS1表達顯著增加，與p53蛋白上調相一致。ASS1上調降低了DNA損傷后的天冬氨酸水平，阻礙了核苷酸的合成并暫停了細胞周期進程。

　　為了進一步表征ASS1的細胞效應，研究人員在Dox處理后進行了ASS1免疫熒光染色。結果顯示，盡管ASS1是一個已知的細胞質酶，但在未經處理的結腸癌細胞中觀察到了ASS1的核表達，并且其表達在Dox處理后顯著增加。通過對結腸癌細胞進行細胞質和核部分分離，研究人員證實了Dox處理后ASS1和p53在核中的積累。接著，研究人員通過質譜鑒定到了ASS1與入核蛋白IPO7存在相互作用。免疫沉淀和鄰位連接測定發現，DNA損傷增強了ASS1和IPO7之間的相互作用，促進了ASS1在細胞核中的存在。

　　鑒于ASS1產生精氨酸和富馬酸鹽需有ASL參與，研究人員對ASL的細胞核表達進行了探索，結腸癌細胞中ASL的核和胞質水平在Dox誘導的DNA損傷后增加，ASS1-ASL介導的細胞核內富馬酸生成增加了DNA損傷后的存活率。

　　為了進一步破譯ASS1在細胞核中的作用，我們對結腸癌細胞中的核部分進行了沉淀-質譜分析，發現了ASS1與幾種與染色質重塑相關的蛋白質的相互作用。其中，與染色質亞家族C成員1（SMARCC1）的相互作用在Dox處理后增加，并隨著ASS1丟失而減少。SMARCC1通過琥珀化調節染色質的可及性，而琥珀化是一種依賴于富馬酸鹽的翻譯后修飾。在沒有ASS1的細胞中進行Dox處理會導致SMARCC1琥珀化和SMARCC1蛋白水平降低，表明核ASS1是DNA損傷后的核蛋白琥珀化所必需的，特別是SMARCC1琥珀化。

　　RNA測序分析表明，ASS1缺失后，許多基因的轉錄增加，尤其是與p53和細胞周期調控相關的基因。ATAC測序分析表明，這些p53相關DNA損傷反應基因的啟動子可及性在ASS1敲除細胞中受到的影響較小，表明ASS1對于限制幾種p53調控基因的轉錄是必需的。

　　圖：ASS1在p53介導的DNA損傷反應中的作用

　　總之，上述實驗結果表明，ASS1是一個代謝檢查點，在DNA損傷后，它通過限制核苷酸合成和p53相關基因轉錄來阻斷細胞周期進程，從而實現基因組的維持和存活。ASS1缺失則會導致DNA損傷并加快細胞周期進程，進而引發導致癌癥突變。