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研究發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)區(qū)室化是如何影響DNA損傷反應(yīng)

發(fā)布時(shí)間：2023-10-27 14:42:54作者：輝駿生物-fitgene

在最近發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，研究人員確定了雙鏈斷裂（DSB）誘導(dǎo)的區(qū)室形成協(xié)調(diào)脫氧核糖核酸（DNA）損傷反應(yīng)（DDR）的機(jī)制。

DNA DSB是極其危險(xiǎn)的病變，可能導(dǎo)致易位或大的染色體重排，從而增加細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和遺傳完整性受損的風(fēng)險(xiǎn)。染色質(zhì)是至關(guān)重要的DNA修復(fù)，這可以通過(guò)同源重組或非同源型末端連接機(jī)制來(lái)完成;然而，關(guān)于染色體結(jié)構(gòu)影響這些活動(dòng)的機(jī)制的數(shù)據(jù)是有限的。雖然染色質(zhì)在DNA修復(fù)中的作用已經(jīng)被研究，但染色體折疊在這些過(guò)程中的作用尚不清楚。

研究人員進(jìn)行了γ組蛋白2AX（gH 2AX）染色質(zhì)免疫沉淀，然后進(jìn)行測(cè)序（ChIP-seq）和直接DSB作圖來(lái)檢測(cè)DSB。從人DIvA細(xì)胞系收集的Hi-C數(shù)據(jù)用于研究三維（3D）基因組結(jié)構(gòu)，添加羥基他莫昔芬（OHT）以在確定的位點(diǎn)引起許多DSB。

使用Hi-C分析在共濟(jì)失調(diào)毛細(xì)血管擴(kuò)張突變（ATM）和DNA依賴性蛋白激酶（DNA-PK）的存在下檢查磷酸肌醇3-激酶（PI 3 K）樣蛋白激酶在DSB應(yīng)答中的作用，這兩者都影響DSB處的H2 AX積累。

使用磷酸化ATM（pATM）ChIP-seq分析鑒定未處理的DIvA細(xì)胞中的內(nèi)源性DSB熱點(diǎn)。此外，使用隨機(jī)照明顯微鏡（RIM）對(duì)53結(jié)合蛋白（53 BP 1）-綠色熒光蛋白（GFP）DIvA細(xì)胞進(jìn)行活體成像。

半熒光恢復(fù)后光漂白（半FRAP）被用來(lái)闡明的過(guò)程中，導(dǎo)致DSB集群。在DSB誘導(dǎo)之前和之后進(jìn)行核糖核酸（RNA）測(cè)序以鑒定在DSB形成之后增強(qiáng)的基因。

DSB誘導(dǎo)后，對(duì)DIvA細(xì)胞進(jìn)行高通量測(cè)序（DRIP-seq），以研究D區(qū)室發(fā)育和R環(huán)之間的相互作用。RNase H1過(guò)表達(dá)對(duì)DSB聚類的影響和中斷DSB聚類的影響通過(guò)耗盡LINC復(fù)合物的SUN 2組分來(lái)確定。還進(jìn)行了定量逆轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（RT-qPCR）測(cè)定，以定量染色體內(nèi)DSB非法再連接的發(fā)生。

ATM誘導(dǎo)創(chuàng)建一個(gè)新的染色質(zhì)區(qū)室，稱為D區(qū)室，在哺乳動(dòng)物細(xì)胞DSB后，通過(guò)聚類損傷的拓?fù)湎嚓P(guān)結(jié)構(gòu)域（TADs）與53BP1和H2AX裝飾。輻射加強(qiáng)了整個(gè)基因組的TADs。

在DSB誘導(dǎo)后，被H2 AX/53 BP 1覆蓋的受損TADs建立了一個(gè)新的染色質(zhì)區(qū)室，與基因組的其余部分分離。通過(guò)與聚合物-聚合物相分離（PPPS）而不是液-液相分離（LLP）相關(guān)的方法產(chǎn)生D隔室。在G1期形成的D染色質(zhì)區(qū)室不受凝聚力的影響，并受到藥理學(xué)DNA-PK抑制和R環(huán)增生的促進(jìn)。

通過(guò)R環(huán)富集的DDR基因物理上重新定位到新的D區(qū)室，從而增強(qiáng)激活并為DDR中的DSB聚類提供目的。然而，由DSB誘導(dǎo)的染色體重構(gòu)伴隨著增加的易位率，這也在腫瘤基因組中觀察到。

DSB通過(guò)PI 3 K樣蛋白如DNA依賴性蛋白激酶和ATM激活DDR，并產(chǎn)生gH 2AX染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域，促進(jìn)信號(hào)傳導(dǎo)事件如DDR焦點(diǎn)形成和53 BP 1募集。抑制ATM活性減少DSB聚簇，而抑制DNA-PK活性顯著增強(qiáng)DSB聚簇。

核骨架與細(xì)胞骨架（LINC）復(fù)合物的連接體、肌動(dòng)蛋白網(wǎng)絡(luò)和53BP1的相分離特征影響DSB聚類。DSB聚集的作用仍然未知，因?yàn)镈SB的并置可能導(dǎo)致易位，這質(zhì)疑DSB聚集或修復(fù)局灶性融合的選擇性益處。 DSB誘導(dǎo)后的R環(huán)積累是靶向D染色質(zhì)區(qū)室的DDR基因增加的標(biāo)志。房室破裂限制了DDR基因的一個(gè)子集的激活，而增加D-室的發(fā)展引起DDR基因的過(guò)度激活。

根據(jù)研究結(jié)果，染色體設(shè)計(jì)在DNA修復(fù)機(jī)制中至關(guān)重要，特別是在DSB和DDR方面。ATM有助于修復(fù)受損的TADs，這些TADs聚集在核空間內(nèi)。ATM和信元周期調(diào)節(jié)的DSB聚類控制DSB聚類。DDR基因通過(guò)D區(qū)室化分離，這是由激活的D基因中的R環(huán)促進(jìn)的。DSB引起的染色體結(jié)構(gòu)變化也可能通過(guò)易位危及基因組的完整性。

H2 AX/53 BP 1相關(guān)結(jié)構(gòu)域從染色質(zhì)中的自分離導(dǎo)致D區(qū)室的產(chǎn)生，該D區(qū)室募集并激活DDR相關(guān)基因，特別是那些易于形成R環(huán)的基因。富含R環(huán)的DDR激活基因在D區(qū)室內(nèi)的物理重新定位使得能夠關(guān)于DSB加載和持久性進(jìn)行精確的DDR調(diào)節(jié)。然而，該事件增加了潛在易位的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)槲⒕劢Y(jié)和環(huán)擠出可能使線性距離的DSB緊密接觸。

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