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Nucleic Acids Res丨李国民团队发现MLH1–YAP信号轴调控睾丸发育

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DNA错配修复(DNA mismatch repair,MMR)是维持基因组稳定的重要机制。MLH1作为MutL家族的核心成员,不仅参与错配修复,还在减数分裂、肿瘤免疫等过程中发挥重要作用。已有研究表明,Mlh1 缺失雄性小鼠表现出不育及显著的睾丸变小,但除减数分裂缺陷之外, MLH1是否直接参与睾丸器官发育,其分子基础长期以来并不清楚【 1,2】。

近日,首都医学科学创新中心(Chinese Institutes for Medical Research,CIMR)李国民教授团队在Nucleic Acids Research发表题为 Mismatch repair protein MLH1 controls testis development by regulating the Hippo-YAP signaling pathway 的研究论文。该研究揭示,MLH1能够通过直接调控Hippo通路效应分子YAP的磷酸化、蛋白稳定性、核转位及转录活性,参与睾丸发育;这一作用独立于MLH1经典的DNA错配修复功能。


MLH1缺失伴随Hippo-YAP信号异常

研究团队首先对不同发育阶段的 Mlh1 缺失小鼠进行了分析。结果显示,Mlh1−/−小鼠在出生后早期即可观察到明显的睾丸发育不良,并伴随细胞增殖减少和凋亡增强。进一步检测发现,Mlh1 缺失睾丸中YAP磷酸化水平明显升高,提示YAP失活,而YAP正是调控器官大小的重要效应分子【 3-7】。

MLH1通过直接结合调节YAP的磷酸化与稳定性

为解析其中的分子机制,研究团队进一步检测MLH1与Hippo-YAP通路成员之间的关系。

Co-IP、GST pull-down及PLA等实验表明,MLH1能够与YAP发生直接相互作用。MLH1的C端区域与YAP的WW结构域结合。在重组蛋白构建的体外激酶体系中,MutLα的加入同样能够降低LATS1介导的YAP磷酸化。YAP磷酸化状态还直接影响其蛋白稳定性【 8】。研究显示,MLH1缺失显著缩短YAP蛋白半衰期,而MLH1表达可降低YAP多聚泛素化水平。进一步的结构域实验表明,只有能够与YAP结合的全长MLH1和MLH1 C端片段具有抑制YAP泛素化的能力。由此说明,MLH1–YAP相互作用能够限制YAP磷酸化及后续泛素化降解,从而维持YAP蛋白稳定。

MLH1进一步控制YAP核转位和转录输出

除调节蛋白稳定性外,MLH1还影响YAP的亚细胞定位。MLH1缺失细胞中,YAP更多滞留于细胞质,而重新表达MLH1可以恢复YAP的核定位。MLH1自身的核定位序列(NLS)对于这一过程十分重要:NLS突变后的MLH1仍保留YAP结合和抑制YAP磷酸化的能力,但促进YAP核转位的能力明显受损。

进入细胞核后,YAP通过TEAD家族转录因子调控下游基因。研究发现,MLH1缺失导致多种YAP靶基因表达降低,而恢复MLH1表达能够逆转这一变化。值得注意的是,MMR功能缺陷的MLH1-E34A突变体同样能够恢复YAP靶基因表达,说明MLH1调控YAP转录功能并不依赖其经典MMR活性。

药理学抑制Hippo通路可部分改善Mlh1缺失小鼠的睾丸发育缺陷

为进一步验证YAP失活是否参与 Mlh1 缺失小鼠的睾丸发育异常,研究团队使用MST1/2抑制剂XMU-MP-1对 Mlh1−/− 和WT小鼠进行处理。结果显示,XMU-MP-1能够显著降低 Mlh1−/− 睾丸中的YAP磷酸化水平,并部分恢复其睾丸大小,但处理后的 Mlh1−/− 小鼠睾丸仍小于WT。研究认为,这种不完全恢复可能有两方面原因:一方面,在缺少MLH1的情况下,YAP核定位及其转录共激活功能仍然受损,仅降低YAP磷酸化不足以完全恢复YAP功能;另一方面,Mlh1 缺失还会导致生殖细胞自身的减数分裂缺陷,并进一步影响睾丸细胞数量。因此,这些结果表明,药理学抑制Hippo通路能够部分恢复YAP功能并改善 Mlh1 缺失导致的睾丸生长缺陷,进一步支持YAP失调是该发育表型的重要原因之一。

总 结

基于上述结果,该研究提出了一个新的 MLH1–YAP调控模型:MLH1一方面通过与YAP直接结合,限制LATS1介导的YAP磷酸化和后续蛋白降解;另一方面依赖自身NLS促进YAP核转位,并在细胞核内促进YAP–TEAD复合物形成和下游基因转录。MLH1缺失则打破这一调控网络,最终导致YAP活性下降及睾丸发育异常。


该研究揭示了MLH1在经典DNA错配修复之外的一项新的生物学功能,将DNA修复蛋白、Hippo-YAP信号与器官发育联系起来,也为理解MLH1缺失导致的复杂生殖表型提供了新的机制解释。

原文链接:https://doi.org/10.1093/nar/gkag883

制版人:十一

参考文献

1.Baker, S.M., Plug, A.W., Prolla, T.A., Bronner, C.E., Harris, A.C., Yao, X., Christie, D.M., Monell, C., Arnheim, N., Bradley, A. et al. (1996) Involvement of mouse Mlh1 in DNA mismatch repair and meiotic crossing over. Nat Genet, 13, 336-342.

2.Edelmann, W., Cohen, P.E., Kane, M., Lau, K., Morrow, B., Bennett, S., Umar, A., Kunkel, T., Cattoretti, G., Chaganti, R. et al. (1996) Meiotic pachytene arrest in MLH1-deficient mice. Cell, 85, 1125-1134.

3.Halder, G. and Johnson, R.L. (2011) Hippo signaling: growth control and beyond. Development, 138, 9-22.

4.Pan, D. (2010) The hippo signaling pathway in development and cancer. Dev Cell, 19, 491-505.

5.Yu, F.X., Zhao, B. and Guan, K.L. (2015) Hippo Pathway in Organ Size Control, Tissue Homeostasis, and Cancer. Cell, 163, 811-828.

6.Zheng, Y. and Pan, D. (2019) The Hippo Signaling Pathway in Development and Disease. Dev Cell, 50, 264-282.

7.Zanconato, F., Cordenonsi, M. and Piccolo, S. (2016) YAP/TAZ at the Roots of Cancer. Cancer Cell, 29, 783-803.

8.Zhao, B., Li, L., Tumaneng, K., Wang, C.Y. and Guan, K.L. (2010) A coordinated phosphorylation by Lats and CK1 regulates YAP stability through SCF(beta-TRCP). Genes Dev, 24, 72-85.

学术合作组织

(*排名不分先后)


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