DNA 损伤是造成基因组失稳的关键事件之一，快速有效的损伤修复对于细胞存活至关重要。DNA 双链断裂主要通过同源重组（HR）和非同源重组末端连接（NHEJ）两种方式修复 [1，2]，而染色质的表观遗传学修饰也深度参与这两种修复的调控。组蛋白 H2B 第 120 位点的赖氨酸单泛素化（H2B K120ub1）是最重要的染色质修饰之一，其可作为信号传导的关键节点激发下游重要的组蛋白修饰通路以促使染色质结构开放，从而参与多种关键细胞生理过程，包括基因转录、DNA 损伤修复和 DNA 复制等 [3-8]。除 BRAC1 和 MDM2 E3 泛素化酶外，RNF20/RNF40 异源二聚体复合物同样可以单泛素化 H2B K120。然而，RNF20/RNF40 介导的 H2B K120ub1 在 DNA 损伤修复中的调控机制尚未完全阐明。
2023 年 9 月 9 日，四川大学生物治疗国家重点实验室/华西医院韩俊宏教授团队在 Science Advances 杂志在线发表了题为 Requirement of WDR70 for POLE3-mediated DNA double-strand breaks repair 的研究论文。该研究发现包含多个 WD 重复结构域的蛋白 WDR70 与 RNF20/RNF40 互作，协同促进 H2B K120ub1，进而调控 DNA 聚合酶 POLE3 的转录和 DNA 双链断裂修复。
该研究首先通过亲和质谱鉴定了 WDR70 互作蛋白，发现多种与 DNA 损伤修复相关的蛋白可被 WDR70 捕捉到。通过功能实验证实 WDR70 的 WD 结构域是 RNF20/RNF40 互作和 H2B K120ub1 必需的，且缺失 WDR70 可抑制 DNA 损伤修复从而导致基因组不稳定（图 1）。
研究团队进一步通过转录组分析发现 DNA 聚合酶 POLE3 的转录受 WDR70 及 H2B K120ub1 的紧密调控，且 POLE3 参与 DNA 复制压力下的染色质完整性维持。在机制上，POLE3 与染色质重塑复合物的亚基 CHRAC1 结合，并招募 NHEJ 的效应蛋白 KU80 至 DNA 损伤部位以完成 DNA 损伤修复（图 2）。
重要的是，研究团队同时发现 CHRAC1 在结直肠癌中存在 D121Y 点突变，包含该突变的肿瘤细胞对于喜树碱（CPT）诱导的 DNA 损伤修复能力低下，究其原因是因为突变体 CHRAC1 结合 POLE3 的能力受损，提示 POLE3-CHRAC1 互作异常可能通过妨碍 DNA 损伤修复参与结直肠癌的恶性进展。
图 1WDR70 蛋白缺失导致基因组的不稳定及 DNA 损伤修复缺陷
图 2 WDR70-RNF20/RNF40 泛素化 H2B K120ub1，该泛素化进而诱导 DOT1L 介导的 H3K79 甲基化修饰，并在 DNA 聚合酶 POLE3 基因启动子处富集以调节染色质的结构从而启动基因转录。表达的 POLE3 与 CHRAC1 互作，增加了 DNA 修复蛋白在损伤位点的招募，最终通过 HR 和 NHEJ 方式完成修复以确保基因组的完整性。另外，若阻断 H2B K120 泛素化或者抑制 POLE3 基因转录则导致 DNA 损伤不能及时修复，可发挥协同杀伤肿瘤细胞的效果。
原文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adh2358
四川大学生物治疗国家重点实验室博士生毛晓兵为第一作者，韩俊宏教授为通讯作者。四川大学生物治疗国家重点实验室/疾病分子网络前沿科学中心/华西医院为第一作者单位。该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、华西医院 1.3.5 计划等项目的资助。
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转自：“丁香学术”微信公众号
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