在細胞周期的不同階段阻止有害的R環形成

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

　　在一項新的研究中，來自西班牙安達盧西亞分子生物學與再生醫學中心和塞維利亞大學的研究人員在研究癌細胞中表現出來的遺傳不穩定性方面又邁出了一步。這得益于他們確定了THO蛋白復合物和Sen1/Senataxin蛋白在細胞分裂周期的不同階段的細胞功能。相關研究結果近期發表在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制應激（replication stress）通常會產生遺傳不穩定性，這與DNA復制和轉錄之間的沖突以及DNA中異常結構（比如DNA-RNA雜交體）的形成有關。DNA復制和轉錄之間的沖突和DNA-RNA雜交體是有聯系的，但這種聯系的性質尚不清楚。

　　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，發現R環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轉錄和加工的THO蛋白復合物和在幾種神經疾病中發生變化的Senataxin蛋白的同源物：DNA-RNA螺旋酶蛋白Sen1，前者可以在DNA復制前（即細胞周期的G1和S期）阻止R環形成，后者僅在DNA復制-轉錄沖突中阻止R環形成。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，共轉錄形成的R環被THO蛋白復合物阻止，而在細胞周期的S期由DNA復制-轉錄沖突引起的R環被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。這些結果表明R環是共轉錄形成的，獨立于DNA復制；THO是一種普遍存在的、獨立于細胞周期的阻止R環形成的保護措施，而Sen1與以前認為的不同，是一種S期特異性的R環解旋酶。這些結論對R環的形成機制和其他影響R環穩態的因子的作用有重要意義。

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