摘要：DNA双链断裂（DSBs）是基因组稳定性的重大威胁，可能导致基因突变、染色体畸变甚至细胞恶性转化。在正常细胞中，大量DNA损伤通常会激活细胞周期检查点，抑制细胞增殖，以防止突变的积累。然而，高度侵袭性的癌细胞能够容忍广泛的DNA损伤，并在持续复制染色体的同时应

撰文 | 易

DNA双链断裂（DSBs）是基因组稳定性的重大威胁，可能导致基因突变、染色体畸变甚至细胞恶性转化。在正常细胞中，大量DNA损伤通常会激活细胞周期检查点，抑制细胞增殖，以防止突变的积累。然而，高度侵袭性的癌细胞能够容忍广泛的DNA损伤，并在持续复制染色体的同时应对DSBs，这一机制的具体过程仍不清楚。因此，研究DSBs如何在癌细胞中影响DNA复制，尤其是在三维基因组结构的调控下，具有重要意义。

近日，美国国家癌症研究所Mirit I. Aladjem团队在Nature期刊上发表题为Mechanism for local attenuation of DNA replication at double-strand breaks的研究论文，展示了DSBs诱导了一种局部基因组维护机制，其抑制了含DSB的拓扑关联域（TADs）中的复制起始，而不影响其他基因组位置的DNA合成。

首先，本研究发现DSBs可在拓扑关联结构域（Topologically Associating Domains,TADs）内部引发局部DNA复制抑制。TADs是染色质高级结构的基本单元，TADs内部的DNA序列在三维空间上更紧密地相互作用，从而形成相对独立的调控区域。通过EdU标记、DNA fiber assays及DNA combing实验发现，DSBs能够在损伤区域的TADs内部诱导明显的复制抑制效应，而这种抑制不会扩散到邻近的TADs。Hi-C（染色质构象捕获）分析进一步证实，TADs在DSBs诱导的复制抑制过程中起到空间隔离作用，使损伤诱导的复制减缓限制在TADs内部。这些结果表明DSBs能够在含损伤的TADs内局部抑制DNA复制起始，而不会影响其他基因组区域的DNA合成。

其次，ChIP-seq（染色质免疫共沉淀测序）数据显示，Cohesin（凝集素复合体）在损伤区域富集，并在TADs结构完整的情况下维持复制抑制。通过Auxin诱导Cohesin降解或RNAi敲低Cohesin亚基，研究发现DSBs诱导的复制抑制效应被显著解除，且复制叉可在损伤区域恢复正常延伸，表明Cohesin在DSBs诱导的局部复制抑制过程中发挥关键作用。

此外，RNAi筛选鉴定出多个影响复制抑制的关键因子（MRDs, Mediators of Replication Defects），其中TIMELESS–TIPIN复合体和WEE1激酶起关键作用。WEE1激酶能够主动移除DSBs邻近复制起点处的TIMELESS–TIPIN复合体，从而阻止损伤区域的复制启动。研究发现MRDs功能失调或TADs结构破坏会导致受损染色质中的非正常复制，增加癌细胞中的DNA损伤，这表明在DNA修复发生之前，完整的MRD级联反应能够预防因不受控复制而导致的基因组不稳定性。

总而言之，本研究揭示了一种DSBs诱导的局部基因组维护机制，即MRDs通过抑制DSBs所在TADs的复制起始，防止基因组不稳定性。这一发现不仅加深了对癌细胞如何应对DNA损伤的理解，还表明DNA复制机制存在一种新的脆弱性，可作为潜在的抗癌靶点，为未来癌症治疗策略的开发提供新思路。

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来源：科学记录仪