西湖大学俞晓春团队发现核糖体RNA前体介导DNA双链的损伤修复

2022-03-09 08:49:53 来源：今日健康网作者：分享：

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　　暗示了pre-rRNA在染色质生物学领域其他生物学过程（如DNA复制和重组等）中潜在的作用

DNA 双链断裂 (DSB)发生时，DNA 修复因子就会被募集到 DNA 损伤处并通过不同途径修复 DSB。这些 DSB 修复因子有序的加载到 DNA 损伤处并在细胞核中形成类似相分离的凝聚物。当使用电离辐射处理细胞诱导 DSB时，经常会观察到这种现象。?因此，这些DSB修复因子形成的凝聚物也被称为电离辐射诱导斑点 (IRIF)。

近期关于相分离的研究表明，RNA是无膜核体形成的重要组成部分。尽管已经有一些RNA种类被报道可以调节DSB诱导的斑点形成，但这些RNA在进化过程中都是不保守的，而DNA损伤诱导的斑点形成在进化上极度保守。因此，DNA损伤诱导斑点的主要RNA成分尚待研究。

近日，西湖大学生命科学学院俞晓春团队在Cell?Research发表了题为“Pre-ribosomal RNA reorganizes DNA damage repair factors in nucleus during meiotic prophase and DNA damage response” 的研究论文，揭示了核糖体RNA前体是DSB Foci中的主要RNA成份且介导了DSB修复因子的招募。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41422-021-00597-4

DSBs 也发生在一些生理过程中，一个典型的例子是减数分裂前的同源重组 (HR)。在生殖细胞中，DSB 由 SPO11（一种拓扑异构酶样酶）产生。这些 DSB 需由 DSB 修复因子修复以完成 HR。由于缺乏同源性，雄性生殖细胞中的 X 和 Y 染色上SPO11 诱导的 DSB不能由经典 HR 修复。因此，X 和 Y 染色体上的 DSB 的存在时间延长，各种 DNA 损伤修复因子被募集在这两条性染色体上，形成类似相分离的结构，称为 XY ?body。XY body是人类及小鼠体内最大的DSB斑点。因此，XY body是研究DSB修复的理想模型。

DNA 损伤应答蛋白被募集于XY body

Linyu?Lu, Xiaochun Yu. Cell Cycle. 2015;14(4):516-25. doi: 10.1080/15384101.2014.998070.

以小鼠精母细胞XY body为研究模型，研究团队首先发现XY body处有高丰度的RNA存在，通过原位杂交及γH2AX抗体介导的RNA-ChIP-seq，初步确定，XY body处的RNA主要是核糖体RNA（rRNA）。经深入研究，研究团队发现XY body中的rRNA主要是核糖体RNA前体（pre-rRNA），且pre-rRNA在减数分裂前期逐步迁移至XY body中。同时，pre-rRNA富集于X和Y染色体unsynapsed 区域，pre-rRNA相关的非编码RNA及核糖体蛋白也定位于XY body中，这提示pre-rRNA可能参与HR修复。

进一步研究发现，pre-rRNA与DSB修复蛋白TopBP1和BRCA1的BRCT domain 相互作用并介导BRCT重组蛋白与unsynapsed 区域的杂交。此外，H2AX或MDC1缺失会影响pre-rRNA在XY body中的定位。

核糖体RNA是XY body上主要的RNA种类

研究团队接下来探索了pre-rRNA在体细胞DSB修复中的作用。与精母细胞中的结果相似，pre-RNA 及其相关蛋白在DSB发生后被招募于体细胞IRIF。瞬时抑制pre-rRNA的转录且不影响细胞蛋白翻译的情况下，DSB相关蛋白IRIF形成受阻，HR修复效率降低。H2AX和MDC1调控pre-rRNA向IRIF的聚集，MDC1的FHA domain和PST repeats识别pre-rRNA 从而介导DSB修复因子的相分离，这可能是DSB修复因子在损伤处形成斑点的分子基础。

Pre-rRNA 调控IRIF形成及HR修复效率

该研究揭示了DSB修复的一种新的分子机制以及pre-rRNA意料之外的新的生物学功能。同时，该研究也暗示了pre-rRNA在染色质生物学领域其他生物学过程（如DNA复制和重组等）中潜在的作用。

西湖大学生命科学学院俞晓春教授为本文的通讯作者，博士后盖晓晨、辛帝、吴朵和王鑫为本文共同第一作者，2020级研究生陈琳琳、王艺清做出重要贡献，分别为第二、三作者。该研究得到国家自然科学基金、西湖实验室、西湖大学等机构的资助，感谢西湖大学生物医学实验技术中心、实验动物中心为该研究提供支持。

俞晓春团队长期致力于DNA损伤修复机制和癌症发生发展的研究。众所周知细胞内基因组随时面临着来自体外和体内的各种损伤因素的挑战，如果 DNA 的损伤得不到及时修复，则会导致细胞的细胞周期紊乱、细胞凋亡、癌症发生等等恶性结果。如何正确完成 DNA 的损伤修复并维持基因组的稳定性，对于细胞的存活进而防止肿瘤等重大疾病的发生起着至关重要的作用。与此相关的分子机制研究是 DNA 损伤修复生物学的核心内容，对于肿瘤的诊断、抗肿瘤药物的设计等都具有重要的理论指导意义。其学术成果特别对家族性乳腺癌、卵巢癌、胰腺癌和白血病检测和治疗产生巨大的影响。

俞晓春团队期盼具有浓厚科学研究兴趣的青年学者来共同组建一支生机勃勃的科研团队（博士后岗位等）。

实验室网站：https://yuxiaochun.lab.westlake.edu.cn/