肿瘤放化疗抵抗是临床肿瘤治疗的一大棘手难题，而DNA损伤应答的异常激活，正是肿瘤细胞逃脱放化疗杀伤、导致治疗失效的核心原因。作为调控蛋白功能的重要翻译后修饰，棕榈酰化在DNA损伤应答中的具体调控机制，此前一直未被完全阐明。

近日，重庆大学附属肿瘤医院徐波团队在Oncogene期刊上发表了题为“ZDHHC20-mediated S-palmitoylation of KAP1/TRIM28 promotes DNA damage repair”的研究文章。首次解析出ATM-ZDHHC20-KAP1轴调控DNA损伤应答的分子机制，证实ZDHHC20可棕榈酰化修饰KAP1的C232位点，ATM通过磷酸化ZDHHC20的S339位点激活其酶活性。为肿瘤放化疗增敏找到了全新潜在靶点。拜谱生物为该研究提供了棕榈酰化修饰蛋白质组学技术服务。

研究结果

1、ZDHHC20参与DNA损伤反应（DDR）

为了阐明DNA损伤反应（DDR）中棕榈酰化的调控机制，对23种ZDHHC蛋白进行了敲除/过表达（图1A），CCK-8、集落形成、WB检测等实验证明ZDHHC20在DDR中的作用最大（图1B-1I）。免疫荧光实验显示，双链断裂标志物γH2AX焦点数量显著增加（图1J-1K），说明未修复双链断裂数量显著更多，DNA损伤修复过程延迟。这些结果表明，ZDHHC20可能在DNA损伤应答中发挥潜在的调控作用。

图1 ZDHHC20是主要参与DDR的关键棕榈酰转移酶之一

2、ZDHHC20调控对放射的敏感性和DNA损伤修复

为了确认ZDHHC20的作用机制，构建Zdhhc20敲除鼠模型，并进行全身IR处理，发现敲除鼠的存活时间显著低于正常鼠（图2A-2C）。测量对IR敏感的小肠上皮，发现敲除鼠的小肠隐窝明显缩短（图2D）。体外构建ZDHHC20敲除细胞系（HeLa和U2OS），发现其存活率显著降低（图2E-2F）。裸鼠异种移植模型显示，在IR处理下，ZDHHC20敲除的HeLa细胞生长速率显著降低（图2G-2H），肿瘤重量显著减少（图2I），γH2AX增加（图2J-2L），彗星尾显著延长（图2M-2N）。利用EJ5和DR的U2OS细胞系，发现敲低ZDHHC20会显著减弱这两种细胞系的修复能力，表明ZDHHC20可能通过干扰NHEJ和HR影响DNA修复（图2O）。由此说明，抑制ZDHHC20的表达可在体外和体内提高放射敏感性，同时抑制DNA损伤的修复。

图2 ZDHHC20调控对放射的敏感性和DNA损伤修复

3、ZDHHC20促进染色质重塑因子KAP1的棕榈酰化

为了确定ZDHHC20的下游靶蛋白，对WT和ZDHHC20敲除的HeLa细胞进行棕榈酰化修饰蛋白组检测，结合Co-IP分析，确定6种可能受ZDHHC20调控的下游靶蛋白。通过文献调研和Co-IP证实，ZDHHC20与染色质重塑因子KAP1存在互作，且会因离子辐射（IR）而增强（图3B-3F）。免疫荧光显示，ZDHHC20蛋白与KAP1在细胞核中共定位（图3G）。

棕榈酰化蛋白质组表明，ZDHHC20敲除后KAP1的棕榈酰化水平显著降低（图3H）。ABE有类似的结果，KAP1可发生棕榈酰化且受到IR的进一步诱导（图3I），ZDHHC20敲除后KAP1的棕榈酰化水平降低（图3J）。位点分析显示，KAP1的232位半胱氨酸可发生棕榈酰化（图3K），点突变后发现其棕榈酰化水平显著降低（图3L）。

图3 ZDHHC20促进KAP1的棕榈酰化

4、ZDHHC20对DDR中KAP1的功能至关重要

基于先前研究结果，推测棕榈酰化可能会影响磷酸化KAP1与染色质的结合。细胞分级分离实验证明，ZDHHC20敲除和C232S点突变细胞中的p-KAP1在染色质上的定位减少（图4A-4B）。为了进一步证实影响KAP1与染色质的结合，利用ChIP-qPCR发现，C232S点突变细胞中KAP1在靶基因启动子的富集显著减少（图4C-4D）。敲除和点突变都显著抑制IR诱导的染色质松弛标志物Sat2和α-sat的表达（图4E-4H），染色质可及性降低（图4I-4J）。ATAC-seq分析表明，DDR期间C232S点突变细胞的开放染色质区域显著减少（图4K）。由此表明，ZDHHC20介导的KAP2棕榈酰化对其染色质重塑功能至关重要

此外，ZDHHC20敲除细胞中DNA损伤修复蛋白BRCA1和53BP1向DNA损伤位点的募集显著减少（图4L-4M），在染色质上的定位减少（图4N）。由此说明，ZDHHC20对于KAP1在DNA损伤反应（DDR）中的作用是不可或缺的。

图4 ZDHHC20的缺失削弱了KAP1在DDR中的调控作用

5、ZDHHC20介导的KAP1 C232位的棕榈酰化是DNA损伤修复所必需的

相比较正常细胞，C232S点突变细胞的DNA损伤修复能力显著下降（图5A-5E）。同时敲除ZDHHC20则可消除两组细胞在DNA修复能力上的差异（图5F-5H）。此外， C232S点突变细胞表现出更高的辐射敏感性（图5I）。裸鼠异种抑制模型显示，C232S点突变的肿瘤生长速度显著减慢，肿瘤重量明显减轻（图5J-5L）。

图5 KAP1 C232S导致肿瘤细胞的DNA损伤修复缺陷

6、ZDHHC20介导的KAP1棕榈酰化依赖于ATM

有研究证明ZDHHC20是激酶ATM的磷酸化底物，且339位的丝氨酸可能是被ATM磷酸化的位点，需要进一步探究ATM对ZDHHC20介导的棕榈酰化的调控作用。首先，通过Co-IP证明ZDHHC20可与ATM结合（图6A-6C），磷酸化特异性抗体检测证明ZDHHC20存在磷酸化，且IR处理后，磷酸化水平显著升高（图6D）。

点突变ZDHHC20 S339A，发现其磷酸化水平显著降低（图6E），且抑制其与KAP1的互作（图6K），减弱KAP1的棕榈酰化（图6M）。敲低ATM或通过Ku55933抑制ATM活性，都能显著抑制ZDHHC20的磷酸化（图6F-6G），并减弱其与KAP1的互作（图6I-J），抑制KAP1的棕榈酰化（图6L），p-KAP1与染色质的结合显著减少（图6N）。ATM可特异性地识别ZDHHC20的SQ基序，该基序在多个物种中具有进化保守性（图6H）。由此说明，DDR过程中ZDHHC20介导的KAP1棕榈酰化依赖于ATM。

图6 ZDHHC20介导的KAP1棕榈酰化依赖于ATM

7、ZDHHC20在S339位点的磷酸化是DNA损伤修复所必需的

为了进一步确认ZDHHC20的 S339位点的磷酸化在DDR中的作用，将连有flag的WT和点突变S339A ZDHHC20回补到ZDHHC20敲除的HeLa细胞中（图7A），发现点突变细胞的DNA损伤修复能力显著降低（图7B-7F）。将点突变S339A ZDHHC20回补到U2OS的两种细胞系，发现点突变细胞的非同源末端连接（NHEJ）和同源重组（HR）的修复活性均降低（图7G-7H）。此外，点突变细胞对放射的敏感性增加（图7I）。由此表明，S339位点的ZDHHC20磷酸化在DDR中起着关键作用。

图7 ZDHHC20 S339A突变抑制DNA损伤修复并增加肿瘤细胞的放射敏感性

文章小结

本研究通过细胞实验、基因敲除小鼠及异种移植瘤模型，结合棕榈酰化修饰蛋白质组学等技术证实，ZDHHC20 是调控 DNA 损伤应答的核心棕榈酰基转移酶。就下游机制而言，KAP1是ZDHHC20的调控底物，在其 C232 位点进行棕榈酰化修饰，并增强磷酸化 KAP1 与染色质的结合。上游调控信号探究发现，DNA损伤诱导ATM激酶在ZDHHC20的S339位点发生磷酸化修饰，该修饰能提高 KAP1 的棕榈酰化水平（图8）。

图8 作用机制图

拜谱小结

棕榈酰化是重要的脂质化修饰形式，一般发生在半胱氨酸残基上。棕榈酰化修饰最重要的功能是增强可通行蛋白与膜的亲和性，从而调控蛋白质的定位与功能。

拜谱作为国内领先的多组学服务公司，可提供基因组、转录组、蛋白组、翻译后修饰组、代谢组等多组学服务。围绕半胱氨酸氧化还原修饰，拜谱生物可提供产品全面、技术体系成熟的氧化还原修饰系列产品，包括棕榈酰化、亚硝基化、谷胱甘肽化、硫巯基化、次磺酸化、total氧化还原、游离巯基，助力一系列文章发表，积累了丰富的项目经验，欢迎大家咨询，获取专属棕榈酰化研究方案与技术资料！

参考文献

Liu Z, Wang H, Han Y, Chen Y, Wang Y, Zhang S, Mo Y, Wang C, Xiao M, Xu B. ZDHHC20-mediated S-palmitoylation of KAP1/TRIM28 promotes DNA damage repair. Oncogene. 2025 Dec;44(46):4533-4548. doi: 10.1038/s41388-025-03604-9. Epub 2025 Oct 18.