NCB | 中山大学松阳洲团队发现DNA损伤修复通路选择的调控新机制

适当修复DNA损伤对于维持基因组完整性和预防包括癌症在内的人类疾病的发展至关重要。越来越多的证据表明核膜在DNA修复的空间调节中的重要性，尽管这种调节过程的机制仍然不明确。

2023年6月15日，中山大学松阳洲团队在Nature Cell Biology（IF=28）在线发表题为“Transmembrane nuclease NUMEN/ENDOD1 regulates DNA repair pathway choice at the nuclear periphery”的研究论文，该研究发现了一种跨膜核酸酶(更名为NUMEN)，它可以促进核周围双链DNA断裂的区隔化和非同源末端连接依赖性修复。

数据表明，NUMEN通过其内切酶和3 '→5 '外切酶活性产生短的5 '悬垂，促进DNA损伤的修复，包括异染色质层相关结构域断裂和去保护的端粒，并作为DNA依赖性蛋白激酶催化亚基的下游效应物发挥作用。这些发现强调了NUMEN在DNA修复途径选择和基因组稳定性维持中的关键作用，并对正在进行的基因组不稳定性疾病的发展和治疗研究具有重要意义。

Nature Cell Biology 杂志在同期配发题为“Guiding DNA repair at the nuclear periphery”的专评，指出该工作对研究核周的DNA损伤修复通路选择以及HRD癌症的治疗具有重要意义（“Chen, Ge et al. provide an intriguing mechanistic explanation for how the choice of DNA-repair pathway is controlled at the nuclear periphery, and its implications for HRD cancers”）。

DNA双链断裂(DSBs)是细胞中最有害的DNA损伤之一，主要通过两种途径修复。同源重组(HR)使用同源供体序列作为DSB修复的模板。虽然相对没有错误，但涉及重复序列的HR可能导致大量片段缺失或扩增，也称为非等位基因HR (NAHRs)。相比之下，更容易出错的非同源末端连接(NHEJ)途径可能导致移码和小的插入-删除突变。DSB修复途径的选择在很大程度上取决于DNA末端切除，其中HR需要单链3 ' DNA悬垂，而NHEJ更喜欢短段的微同源性或钝端。与HR不同，NHEJ的DNA末端加工仍然知之甚少。

最近的研究表明，核区隔化可能有助于形成DNA修复途径的决定。核内部和核孔被认为更允许HR，而核膜更有利于NHEJ。例如，异染色质的修复，主要由重复序列组成，容易发生有害的异位重组，更可能通过NHEJ在核周围原位发生。尽管信息丰富，但染色质背景以及空间调控如何与DNA末端切除之间关联仍不清楚。此外，利用DNA损伤修复(DDR)途径中的缺陷也成为靶向治疗的关键组成部分。因此，全面了解DNA修复途径调控对于开发有效的治疗方法至关重要。

一种分区修复常染色质和异染色质双链断裂的模型（图源自Nature Cell Biology ）

该研究通过全基因组诱导CRISPR筛选确定了一系列可能介导BRCA1缺陷乳腺癌细胞PARPi耐药的因素。特别是，膜结合的NUMEN作为一种结构特异性核酸酶具有很大的前景，它对具有3 '悬垂的DNA DSBs显示内切酶和外切酶活性。通过去除3 '悬垂，NUMEN可以调节DSB修复以有利于NHEJ，减少异染色质重复之间的异位重组引起的基因组不稳定性，并通过动态运动和相互作用解决核内部的DSB。研究表明，长度为1 ~ 4 nt的5 '悬垂型DSBs比3′悬垂型DSBs能更有效地重新连接，但突变频率更高。需要进一步研究NUMEN在ssDNA-dsDNA边界的活性，这将有助于揭示DSB修复过程中末端加工的机制。

在人类成纤维细胞中，LADs可以占据大约40%的基因组。从理论上讲，通过NHEJ修复这种富含重复序列的序列可能损害较小。据报道，在哺乳动物细胞中，沉默的异染色质的压实和核层上LAD DSBs的栓系会阻碍HR蛋白的募集，从而导致局部偏向NHEJ。另一方面，果蝇细胞似乎依赖于SUMO依赖的DSBs向核外周的重新定位来进行异色断裂的“安全”HR修复。这些明显矛盾的观察结果可能是由于果蝇与哺乳动物细胞的核结构不同而产生的，后者表现出更复杂和更高阶的染色质组织和重塑。进一步研究NUMEN与LADs和LINC复合体的联系，将有助于揭示DSB的区隔修复是如何在响应内外部刺激和/或攻击时实现和调节的。这些研究将具有重要的临床意义，可以就最有效的疾病/癌症治疗策略做出更明智的决定。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01165-1

https://www.nature.com/articles/s41556-023-01164-2

转自：“iNature”微信公众号

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