原文题目：DNA replication timing directly regulates the frequency of oncogenic chromosomal translocations
通讯作者：RUSHAD PAVRI
隶属单位：Research Institute of Molecular Pathology (IMP)
DOI: 10.1126/science.abj5502
染色体易位，其中不同染色体上不相关的基因连接在一起，在许多癌症中起关键作用。这些易位是由正常生理过程中形成的 DNA 双链断裂导致的，连接不正确。例如，在 B 细胞中，抗体成熟的正常过程涉及 DNA 断裂，但有时抗体基因和癌基因（如 Myc）之间的异常融合会导致淋巴瘤和其他癌症的发展。佩切瓦等人。发现 DNA 复制时间是这个过程的关键（见 Méchali 的观点）。特别是，Myc 及其易位伙伴的早期复制是临床上重要易位形成所必需的，这可以通过延迟 Myc 的复制来防止。
涉及原癌基因的染色体易位是癌症的一个共同特征，并且可以通过解除对基因表达的调控来驱动肿瘤发生。易位通过连接在两条染色体上产生的 DNA 双链断裂 (DSB) 形成。然而，尽管 DSB 的来源众多，但我们对将 DSB 形成与 DSB 连接联系起来的途径和机制知之甚少。
图 1：依赖 AID 的Myc - Igh易位频率与Myc和Igh 的复制起始活动频率相关。
在抗原激活的 B 淋巴细胞中，有害易位出现在抗体成熟的生理过程中，在此期间，快速增殖的 B 细胞通过突变和重新排列免疫球蛋白 (Ig) 基因使抗体库多样化。这些细胞表达突变酶激活诱导的脱氨酶 (AID)，并通过 DNA 修复途径处理 AID 诱导的错配在 Ig 基因处产生 DSB。然而，AID 也会突变原癌基因，特别是MYC和BCL6，导致这些基因中的 DSB，以及它们与 Ig 基因座之间的有害易位，这是大多数成熟 B 细胞癌（如伯基特淋巴瘤和弥漫性大 B 细胞淋巴瘤）的典型特征。在这里，我们旨在了解驱动 AID 依赖性易位的机制。
在活化的鼠 B 细胞中，AID 依赖性Myc易位在降低微型染色体维持 (MCM) 复合物（一种复制性解旋酶）的水平后整体下降。这伴随着Myc、Igh和其他 AID 靶基因的复制起点活性降低，而不影响基因表达或 AID 诱导的突变。这些结果指出了 DNA 复制和诱变下游依赖 AID 的易位之间的联系。
在Myc( Myc ΔORI )处删除启动子近端复制起点主要降低了 Myc-Igh易位以及全球 AID 依赖性Myc易位，而不会影响 Myc 的突变频率或转录。此外，Myc ΔORI或 MCM 耗尽细胞中的易位缺陷并没有被内切核酸酶 Cas9以超生理频率在Myc引入的外源 DSB 挽救。这些结果表明，Myc的复制起点活性调节 DSB 形成下游易位生物发生的关键步骤，并且与 DSB 频率无关。
DNA 复制起点活性影响复制时间 (RT)，这与癌症中的易位相关。RT 分析表明，AID 靶基因通常是早期复制的。MCM 耗尽导致 RT 程序的全球放松管制，导致缺乏不同的早期和晚期复制域。在MycΔORI细胞中，在Myc观察到局部的早期到晚期 RT 转换，创建了一个以Myc为中心的新的 60-kb 晚期 RT 域。重新插入在Myc下游的Myc ΔORI细胞中删除的Myc复制起点（Myc ΔORI 休息）恢复了Myc的早期 RT而且，最重要的是，全球拯救了Myc易位到野生型水平。在上述任何实验条件下，RT 的扰动与全局染色质结构的变化无关。最后，Myc和Igh的基因组相互作用频率在Myc ΔORI和 MCM 耗尽的细胞中降低，但在Myc ΔORI 静止细胞中恢复，表明 RT 的变化影响易位伴侣基因座的接近度。
伙伴基因座的共享早期 RT 对于 AID 介导的易位很重要，并在 DSB 形成之后和 DSB 结扎之前调节一个步骤。我们建议相邻染色体上复制的早期起源偶尔会聚集并同步触发。这可以通过将起源近端的 DSB 带入物理接近来触发易位。我们发现 RT 的变化还减少了人类细胞中白血病相关的AFF4-MLL1和淋巴瘤相关的BCL6-IGH易位，这通常表明 RT 通常与致瘤易位的生物发生有关。
我们的研究结果表明，早期 RT 直接调节 DSB 形成下游 AID 依赖性Myc易位的发生，并表明共享 RT 驱动易位伙伴基因座的物理接近。共享的早期 RT 如何驱动易位发生？在基因调控的背景下，最近的体内成像研究表明，增强子和启动子之间的接触是通过转录因子和辅因子之间的多价相互作用形成的，导致相分离的转录中心由最佳基因激活所需的高浓度蛋白质组成。尽管在体内复制过程中尚未报道此类中心，但 ORC、Cdc6 和 Cdt1（复制前复合物的基本成分）已显示在体外形成相分离的凝聚物，可以有效地募集 MCM 复合物。在这些研究的基础上，我们建议在 AID 靶基因位于相邻染色体区域的细胞中，早期复制起点的激活可能偶尔会通过相邻起点的聚集同步发生，可能形成一个相分离的枢纽，即DNA 修复蛋白的存在可能会进一步增强其稳定性（假定的复制修复中心）。这样的过程将使位于起源附近的 DSB 在时间和物理上接近并促进易位。因此，如果伴侣基因座中的起源没有被同步激活（例如在MycΔORI细胞或 shMcm6 细胞中），那么起源聚集将是低效的，因此 DSB（即使通过 Cas9 以高频率引入）相互作用的频率较低，导致易位较少。在Myc ΔORI细胞和 shMcm6 细胞中看到的残留易位可能通过trans的随机相互作用发生相邻 TAD 之间的 DSB 并反映易位的基线频率。因为依赖 AID 的 DSB 通过非同源末端连接 DNA 修复途径连接，当细胞进入 S 期时效率低下，所以 DSB 连接需要发生在早期 S 期，与 AID 靶位点的 RT 一致。在我们的系统中，Myc 的早期 RT与Myc复制起点的激活有关。因此，我们不能排除除了基因座的早期复制之外，复制的开始也在易位生物发生中起作用。
图 4：RT 在 shMcm6 细胞中被全局破坏，而在Myc ΔORI细胞中的Myc局部被破坏。
总之，我们描述了易位发生的一个步骤，该步骤由我们提出的早期复制起点和早期 RT 的活动调节，促进 DSB 突触，从而将 DSB 形成与 DSB 结扎物理联系起来。几种癌症中的易位断点与早期 RT 和转录活性相关，但早期 RT 是否是易位发生的原因尚不清楚。特别是，在实体瘤（即前列腺和乳腺肿瘤）中，早期放疗与易位相关，晚期放疗与顺式易位相关。这表明我们提出的用于 B 淋巴瘤和白血病相关易位的 RT 介导的易位发生原理将适用于非实体瘤和实体瘤。根据观察到，转录的早期复制区域的复制起点活性高于沉默的晚期复制区域，我们认为在基因组邻域中拥有更多许可起点会增加主动复制起源的概率聚集在反式中——因此也是反式的易位。因为这种情况更可能发生在相邻的、早期复制的 A 区室之间，这些区室具有更多的许可来源，所以在这些区域易位的可能性更高。相反，晚期复制的异染色质结构域具有较少的许可来源，不太可能以反式聚集，因此这里的 DSB 更有可能以顺式重组。
该研究结果可以为深入探索 RT 在不同癌症背景中的作用以及开发旨在减轻致癌易位的靶向治疗干预提供所需的概念和实验框架。有理由认为，在不影响基因组结构或基因表达的情况下改变 RT 可能是降低有害易位发生率的可行方法。因此，有必要更深入地了解调节 RT 的途径，以产生候选因子，当这些因子被抑制时，可以降低致瘤易位的频率。
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