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三型脊髓小脑共济失调症(SCA3)是一种常染色体显性遗传的进行性神经退行疾病，是多聚谷氨酰胺类神经退行疾病之一。SCA3的主要特征是进行性小脑共济失调，在病理上主要表现为纹状体区和脑桥神经元的丢失。在分子水平上三型脊髓小脑共济失调症是由ATX3基因第十外显子CAG重复次数异常增加导致的。SCA3的发病机制还不清楚，目前普遍认为Ataxin-3(ATX3)蛋白C末端的多聚谷氨酰胺链(polyQ)异常延长导致ATX3聚集形成包涵体，进而导致SCA3受累神经元的退化与死亡。该疾病目前尚缺乏有效的治疗手段。 ATX3是MJD蛋白酶家族的一种去泛素化酶，前期的研究主要关注突变ATX3聚集的原因及其蛋白毒性作用，然而正常ATX3的生理功能并不清楚。本文旨在研究正常ATX3在细胞中的功能，以进一步揭示异常ATX3诱导疾病相关神经元丢失的分子机制。有研究发现ATX3与多种DNA损伤修复通路的蛋白，如HHR23、p300、VCP等有相互作用，但ATX3在DNA损伤修复通路中的确切机制还是个谜。本研究首次发现ATX3在DNA损伤与修复通路中起着重要作用。结果显示ATX3可以结合染色质，DNA损伤后，ATX3可迅速募集到损伤位点形成foci，这表明ATX3很可能参与DNA损伤的早期应答反应。缺失ATX3会抑制损伤诱导的H2AX的磷酸化，并推迟修复时间。由于H2AX的磷酸化作为损伤反应早期的一种信号，进一步证明了ATX3在损伤修复的启动阶段起作用。另外，MTT实验结果表明ATX3缺失的细胞对烷基化试剂和氧化损伤敏感，并且Laser切割时只有在高能量时ATX3才能形成foci，表明ATX3可能参与了碱基修饰（烷基化修饰及氧化修饰）造成的损伤修复。其次，通过免疫沉淀和质谱分析我们发现ATX3与介导DNA损伤修复早期信号的p53相互作用。结果显示ATX3的Josephin区与p53直接相互作用，而泛素结合区（UIM区）则通过结合p53的泛素链促进ATX3与p53的结合，两个区域共同作用缺一不可。并且，DNA损伤前ATX3倾向于与非泛素化p53结合，损伤后倾向于与泛素化的p53结合。体外去泛素化实验显示ATX3可时间和剂量依赖地去泛素化p53，其中Josephin区与UIM共同作用发挥去泛素化活性。细胞内实验也证明ATX3影响p53的泛素化水平。ATX3通过调节p53的泛素化调控p53的转录活性。ATX3的缺失抑制DNA损伤诱导的p53乙酰化，进而抑制p53下游基因p21的转录上调，表明ATX3调控p53开启细胞周期阻滞相关基因的活性。过表达ATX3诱导p53依赖的凋亡通路，提示ATX3也可以调节p53依赖的凋亡基因的转录。最后，我们发现虽然ATX3对p53有调控作用，但p53不能调控ATX3在DNA损伤后的快速转位，羧基端两个UIM区中的保守氨基酸S236与S256的突变使ATX3失去迁移能力，表明这两个位点的磷酸化调控ATX3的核定位。综上所述，本研究首次发现ATX3参与DNA的损伤与修复通路，在DNA损伤后迅速入核，并通过与p53直接相互作用调节其泛素化水平，进而调控p53的转录活性及参与调节p53依赖的细胞凋亡。以上研究结果将为深入了解SCA3中神经元凋亡机制做出铺垫，也为将来研发SCA3的有效治疗手段和药物提供重要的理论依据。