Nature 子刊：清华大学孙前文团队揭示 DNA 聚合酶 ε 调控 topoR-loop 维持基因组稳定性的机制

DNA 拓扑结构变化可调控 R-loop 的动态平衡，与基因组稳定性密切相关。DNA 拓扑异构酶 1（TOP1）作为真核生物高度保守的拓扑异构酶，其特异性抑制剂 CPT（camptothecin）可诱导基因组 R-loop 的积累，并导致基因组不稳定。然而，目前对于基因组拓扑结构变化如何影响 R-loop 水平进而调控基因组稳态的机制仍然未知。

2023 年 11 月 27 日，清华大学生命学院孙前文实验室在《自然·通讯》(Nature Communications) 期刊上发表了题为「DNA 聚合酶 ε 协调基因组拓扑状态和 R-loop 的形成以保持拟南芥基因组的完整性」(DNA polymerase ε harmonizes topological states and R-loops formation to maintain genome integrity in Arabidopsis) 的研究论文，揭示了拟南芥中 DNA 聚合酶 ε 参与调控 topoR-loop 动态变化和 DNA 复制进程，进而维持基因组完整性的分子机制。

作者首先在拟南芥中应用 TOP1 抑制剂（TOP1i, TOP1 inhibitor）建立了一个反映 R-loop 水平与基因组拓扑状态的监测系统，发现 CPT 处理可显著促进根尖组织中基因组 R-loop（拓扑结构发生改变导致的 R-loop 变化，简称为 topoR-loop）水平和 DNA 断裂标记 γH2AX 水平的升高，并最终抑制根生长。利用 CPT 进行反向遗传筛选发现 DNA 损伤修复激酶 ATM 的突变对 CPT 尤其敏感，基因组 R-loop 水平积累尤为显著，根的生长受到严重抑制。在 atm 突变体基础上利用该系统筛选鉴定出负责先导链合成的 DNA 聚合酶 ε 催化亚基 POL2A 的突变，可恢复 atm 中 TOP1i 诱导的 topoR-loop 积累和 DNA 损伤。深入研究发现 pol2a 可抑制 DNA 复制起始位点附近 topoR-loop 的积累，并降低 CPT 处理后正在进行 DNA 复制的细胞中的 DNA 损伤水平。该研究表明，DNA 聚合酶 ε 可响应基因组拓扑结构变化，协同调控 R-loop 动态变化和 DNA 复制进程，从而维持基因组的完整性。该发现对深入理解人类癌症化疗过程中 ATM 缺陷导致 TOP1i 靶向药物耐药性的机制提供了重要信息，同时为联合使用 DNA 损伤药物和分层治疗提供可能的新策略。

清华大学生命学院 2016 级已毕业博士李沁是本文第一作者，孙前文副教授为通讯作者。该工作得到了同实验室成员周劲聪博士、李帅博士、张卫峰博士、2017 级博士研究生杜盈雪、李宽博士，以及复旦大学王应祥教授的帮助。该研究得到了国家自然科学基金、国家科技部基金、清华-北大生命科学联合中心的资助。

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https://www.nature.com/articles/s41467-023-43680-7#Sec2

转自：“丁香学术”微信公众号

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