在細胞周期的不同階段阻止有害的R環(huán)形成

　　R環(huán)是（R-loop）由DNA-RNA雜交體和被置換的單鏈DNA（ssDNA）形成的，是基因組不穩(wěn)定性的自然來源。識別R環(huán)是如何產(chǎn)生的對于了解DNA轉(zhuǎn)錄如何損害基因組的完整性至關(guān)重要。

　　在一項新的研究中，來自西班牙安達盧西亞分子生物學(xué)與再生醫(yī)學(xué)中心和塞維利亞大學(xué)的研究人員在研究癌細胞中表現(xiàn)出來的遺傳不穩(wěn)定性方面又邁出了一步。這得益于他們確定了THO蛋白復(fù)合物和Sen1/Senataxin蛋白在細胞分裂周期的不同階段的細胞功能。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature Communications期刊上，論文標題為“Harmful R-loops are prevented via different cell cycle-specific mechanisms”。

　　癌細胞的一個共同特征是它們的遺傳不穩(wěn)定性。與正常細胞相比，它們的突變率或染色體畸變率要高得多。由細胞病理或外部條件引起的復(fù)制應(yīng)激（replication stress）通常會產(chǎn)生遺傳不穩(wěn)定性，這與DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄之間的沖突以及DNA中異常結(jié)構(gòu)（比如DNA-RNA雜交體）的形成有關(guān)。DNA復(fù)制和轉(zhuǎn)錄之間的沖突和DNA-RNA雜交體是有聯(lián)系的，但這種聯(lián)系的性質(zhì)尚不清楚。

　　在這項新的研究中，這些作者以釀酒酵母為研究對象，通過對條件性酵母突變體進行全基因組分析，發(fā)現(xiàn)R環(huán)的形成取決于細胞周期的不同階段，每個階段都有特定的因子來阻止它們形成。這些因子包括參與RNA轉(zhuǎn)錄和加工的THO蛋白復(fù)合物和在幾種神經(jīng)疾病中發(fā)生變化的Senataxin蛋白的同源物：DNA-RNA螺旋酶蛋白Sen1，前者可以在DNA復(fù)制前（即細胞周期的G1和S期）阻止R環(huán)形成，后者僅在DNA復(fù)制-轉(zhuǎn)錄沖突中阻止R環(huán)形成。這兩種蛋白在所有真核生物中都是保守的。這項研究不僅證實了DNA-RNA雜交體可以獨立于DNA復(fù)制而形成，而且還為解釋顯然具有防止DNA-RNA雜交體積累的相同功能的多種細胞因子的存在提供了新的可能性。

　　在細胞周期的G1和S期，共轉(zhuǎn)錄形成的R環(huán)被THO蛋白復(fù)合物阻止，而在細胞周期的S期由DNA復(fù)制-轉(zhuǎn)錄沖突引起的R環(huán)被Sen1 DNA-RNA螺旋酶阻止。圖片來自Nature Communications, 2021, doi:10.1038/s41467-021-24737-x。

　　有趣的是，DNA損傷在sen1突變體的復(fù)制叉下游不對稱地積累，但在hpr1 THO突變體中對稱地積累。這些結(jié)果表明R環(huán)是共轉(zhuǎn)錄形成的，獨立于DNA復(fù)制；THO是一種普遍存在的、獨立于細胞周期的阻止R環(huán)形成的保護措施，而Sen1與以前認為的不同，是一種S期特異性的R環(huán)解旋酶。這些結(jié)論對R環(huán)的形成機制和其他影響R環(huán)穩(wěn)態(tài)的因子的作用有重要意義。

　　鑒于DNA-RNA雜交體在遺傳不穩(wěn)定性起源中的作用，更好地了解這些結(jié)構(gòu)的形成和解決機制以及調(diào)節(jié)它們的不同因子可能有助于更好地確定癌癥的風(fēng)險因素，并確定可能的治療靶標。