哥伦比亚大学医学中心 Shan Zha教授应邀访问并作学术报告

2025年10月16日下午，应基因功能研究与操控全国重点实验室成员胡家志教授邀请，来自哥伦比亚大学医学中心（Columbia University Medical Center）的Shan Zha教授在金光生命科学大楼101报告厅作题为“From Breaks to Barriers: Ku as a Guardian of Genome Integrity and RNA-Driven Immunity”的学术报告，多位师生参加了此次学术活动。

Shan Zha教授首先介绍了他们实验室(Zha Lab)的主要研究方向。实验室的研究核心是DNA修复与DNA损伤应答，重点探讨ATM、ATR、PARP1和PARP2等关键蛋白的催化与非催化功能。同时，实验室深入研究非同源末端连接(Non-Homologous End-Joining，NHEJ)途径，近年来还拓展了对Ku蛋白新功能的研究，关注其在RNA加工与信号传导中的作用，旨在揭示DNA修复与免疫学、癌症生物学之间的交叉联系。

接下来，Shan Zha 教授简要介绍了 Ku 蛋白复合体。在NHEJ的 DNA 修复途径中，Ku70 与 Ku80 形成环状异二聚体，负责识别并结合 DNA 断裂的末端。随后，教授介绍了 NHEJ 修复过程的五个主要步骤：1.End-sensing：由 Ku70/Ku80 环状复合物结合 DNA 断端；2.End-protection：由 DNA-PKcs 保护断端不被降解；3.End-processing：通过招募并激活 Artemis 内切酶；4.End-tethering：与同源重组不同，NHEJ 的断端通常没有序列互补性，因此依赖 Ku、DNA-PK 等蛋白复合体将两条 DNA 拉近；5.End-ligation：由 DNA 连接酶复合体完成最终的连接反应。紧接着Shan Zha 教授进一步阐述了其实验室在该领域的研究进展：他们通过在小鼠中构建 DNA-PKcs 激酶失活突变（D3922A, KD）模型，探讨了 DNA-PKcs 激酶活性在 NHEJ 修复过程中的关键作用。与DNA-PKcs缺失的小鼠不同，DNA-PKcs酶失活（KD）小鼠完全不能启动NHEJ，造成严重胚胎发育障碍，该研究发表于Molecular Cell（2015），证明 DNA-PKcs 激酶活性是完成 NHEJ 的关键。当敲除 P53 后，KD 小鼠虽能发育至出生，但约 40 天后死亡，并表现出骨髓增生异常综合征（MDS）特征，提示DNA-PKcs酶失活可能对造血系统产生除了NHEJ之外的其它影响。

为进一步了解DNA-PKcs自身磷酸化在造血发育过程中的作用，研究人员对DNA-PKcs的两个主要的自身磷酸化位点进行了突变（T2609 和S2056 ），建立了磷酸化位点突变的小鼠模型。发现DNA-PKcs-T2609A突变小鼠严重贫血、血小板减少和造血干细胞缺乏，但未见典型 NHEJ 缺陷导致的淋巴细胞受体发育障碍。他们进一步发现，敲除 Ku 能纠正这些血液学异常，提示变异的 DNA-PK 可能通过 Ku 结合到其他形式的核酸上而妨碍造血。研究还发现 DNA-PKcs 与 Ku 均可聚集于核仁，磷酸化缺陷突变小鼠表现出类似 Diamond-Blackfan 贫血（DBA）的红细胞发育障碍与 rRNA 成熟缺陷，而敲除 Ku 可缓解核糖体RNA的成熟缺陷和红细胞发育障碍，该研究发表于Nature（2020）。

在此基础上，Zha 教授团队进一步将研究从小鼠模型扩展到人类细胞，发现Ku对小鼠发育虽非必需，但在人类细胞中却是不可或缺的。尽管基因组大小相似，人类细胞表达的Ku蛋白量是小鼠细胞的约100倍，暗示其可能具有非 NHEJ 依赖的生物学功能。为探究这一现象，研究人员在人类细胞系 HCT116 中建立了可诱导降解 Ku 的体系。结果显示，Ku缺失会通过dsRNA传感器MDA5/RIG-I和MAVS强烈激活干扰素（IFN）与NF-kB信号通路。持续的Ku降解进一步激活其他dsRNA传感器（尤其是抑制翻译的PKR和切割rRNA的OAS/RNaseL），导致生长停滞与细胞死亡。该研究通过分析进一步发现，Ku广泛结合多种dsRNA，主要集中在灵长类特异性的反义Alu元件的茎环结构（位于内含子与3'-UTR区域）。Ku表达量在高等灵长类中急剧上升，与Alu序列扩增呈强相关性。因此，Ku通过限制dsRNA诱导的先天免疫来适应灵长类Alu序列扩增，揭示了Ku在RNA调控与免疫防御中的关键非经典功能，解释了其在人类细胞中高度表达和不可或缺性的根本原因，该研究发表于Nature（2025）

报告后，老师和同学们对Shan Zha教授的研究表现出了浓厚的兴趣，就Ku复合体在DNA修复精确调控机制、Ku与RNA相互作用的分子基础，以及其在人类细胞免疫反应中的潜在功能等方面提出了多个问题。Shan Zha教授耐心细致地解答了每一个问题，并与现场师生进行了深入交流。此次报告内容深入浅出，既展示了从 DNA 修复到 RNA 调控机制的研究拓展，也揭示了 Ku 复合体在抑制 RNA 诱导的先天免疫反应、维持细胞稳态及基因组稳定性中的关键作用。报告让师生们对 Ku 的非经典功能及其在基因调控和免疫防御中的重要意义有了更全面的认识，拓宽了科研视野，激发了学术思考。