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DNA双链断裂(Double strands-break, DSB)可由许多因素造成,包括内源的因素如细胞代谢过程中产生的活性氧自由基(Reactive Oxygen Species, ROS)、复制压力以及V(D)J重组(V(D)J recombination),以及外源的因素如电离辐射(Ionizing Radiation, IR)和化疗药物等。未修复或错误修复的DSB会导致染色体变异,包括异位和缺失,可诱导细胞凋亡。这些染色体的畸变会造成遗传物质的不稳定性并可能最终导致癌症的发生。为了消除DSB产生的影响,真核细胞形成了两种高效的DNA修复机制,即非同源末端连接(non-homologous end-joining, NHEJ)和同源重组(homologous recombination, HR)。NHEJ可以将断裂的DNA直接连接起来,而HR需要利用同源的DNA模板进行复制。NHEJ通路主要由DNA-PK (DNA-dependent Protein kinase, DNA依赖性蛋白激酶)来完成。首先由DNA-PK的亚单位Ku70/Ku80二聚体聚集到断裂的DNA末端,接着Ku70/Ku80招募DNA-PKcs(DNA-PK catalytic subunit, DNA-PK催化亚单位)到DSB末端。DNA-PKcs和Ku70/Ku80可以在DNA末端形成独特的结构,这个联合体结构将断裂的DNA末端紧紧的牵系在一起。在末端处理之后,断裂的DNA末端被连接在一起。而HR首先由5’-3’末端剪切开始。末端剪切产生的单链DNA(single strand DNA, ssDNA)利于链侵入反应的发生和同源染色体的交换。随后通过DNA合成、连接及支链迁移,同源中间体(Holliday连接体)被分解,断裂的DNA双链得到修复。虽然DNA双链修复通路中的许多因素已经被确定并对其功能做了研究,但是仍有很多重要问题没有得到解答,比如哪些蛋白优先结合到DNA双链断裂的末端并如何使其更加稳定；此外,调节DSB修复通路选择(NHEJ和HR)的机制也还未明确。NHEJ的发生没有细胞周期限制,而HR只在S/G2期发生。DSB修复通路的细胞周期依赖性暗示着细胞周期在DSB修复通路NHEJ和HR的选择中可能发挥作用。作为NHEJ核心成分的DNA-PKcs,其磷酸化对其功能的执行是必需的。其中,在丝氨酸(Serine, S)2056簇的自磷酸化(autophosphorylation)尤其重要。在本研究中,首先利用活细胞成像激光微辐射系统,我们发现在S期细胞中,NHEJ因子DNA-PKcs可以聚集到DSB位点,且初始的聚集和动力学特征与其在非S期的细胞中相似,表明DNA-PKcs在任何细胞周期都可以被招募到DSB,提示S期NHEJ的降低不受二者结合的调控。我们进一步发现在S期DNA-PKcs S2056的自磷酸化减弱,并能抑制NHEJ的发生。因此,调控DNA-PKcs的S2506自磷酸化的蛋白／因子将是细胞不同修复通路选择的关键因素。通过深入研究,我们发现BRCA1(Breast Cancer Susceptibility Protein1,乳腺癌易感基因1)调节S期DNA-PKcs的自磷酸化。在BRCA1缺失的细胞系HCC1937细胞中,我们观察到DNA-PKcs S2056的磷酸化水平在S期和非S期细胞中相似；但是在表达BRCA1野生型的HCC1937细胞中,与非S期细胞相比,DNA-PKcs S2056的磷酸化水平在S期细胞中降低了。为揭示BRCA1调控I)NA-PKcs S2506磷酸化的机制,通过免疫共沉淀技术,我们发现BRCA1与DNA-PKcs发生相互作用,这种相互作用具有细胞周期依赖性并且不受DNA损伤的影响,而且是非磷酸化依赖的。更进一步通过结构分析,我们发现BRCA1的串联BRCT结构域与DNA-PKcs氨基端的丝氨酸2056簇附近发生作用。它们之间的相互作用在体内和体外直接抑制了DNA-PKcs S2056的自磷酸化并在一定程度上降低了DNA-PKcs的激酶活性。但是,BRCA1的缺失并不影响DNA-PKcs在DSB的聚集和动力学曲线。最后通过检测作为HR发生的标志,包括DNA末端剪切和Rad51焦点形成,结果发现IR后DNA末端剪切增加并且Rad51焦点增多,表明抑制DNA-PKcs的自磷酸化可以促进HR的发生。综上所述,BRCA1通过调节S期DNA-PKcs的自磷酸化从而影响DSB修复通路的选择。