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研究發(fā)現(xiàn)染色質區(qū)室化是如何影響DNA損傷反應

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

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

DNA DSB是極其危險的病變，可能導致易位或大的染色體重排，從而增加細胞穩(wěn)態(tài)和遺傳完整性受損的風險。染色質是至關重要的DNA修復，這可以通過同源重組或非同源型末端連接機制來完成;然而，關于染色體結構影響這些活動的機制的數(shù)據(jù)是有限的。雖然染色質在DNA修復中的作用已經(jīng)被研究，但染色體折疊在這些過程中的作用尚不清楚。

研究人員進行了γ組蛋白2AX（gH 2AX）染色質免疫沉淀，然后進行測序（ChIP-seq）和直接DSB作圖來檢測DSB。從人DIvA細胞系收集的Hi-C數(shù)據(jù)用于研究三維（3D）基因組結構，添加羥基他莫昔芬（OHT）以在確定的位點引起許多DSB。

使用Hi-C分析在共濟失調毛細血管擴張突變（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細胞中的內源性DSB熱點。此外，使用隨機照明顯微鏡（RIM）對53結合蛋白（53 BP 1）-綠色熒光蛋白（GFP）DIvA細胞進行活體成像。

半熒光恢復后光漂白（半FRAP）被用來闡明的過程中，導致DSB集群。在DSB誘導之前和之后進行核糖核酸（RNA）測序以鑒定在DSB形成之后增強的基因。

DSB誘導后，對DIvA細胞進行高通量測序（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過表達對DSB聚類的影響和中斷DSB聚類的影響通過耗盡LINC復合物的SUN 2組分來確定。還進行了定量逆轉錄聚合酶鏈反應（RT-qPCR）測定，以定量染色體內DSB非法再連接的發(fā)生。

ATM誘導創(chuàng)建一個新的染色質區(qū)室，稱為D區(qū)室，在哺乳動物細胞DSB后，通過聚類損傷的拓撲相關結構域（TADs）與53BP1和H2AX裝飾。輻射加強了整個基因組的TADs。

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

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

DSB通過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染色質結構域，促進信號傳導事件如DDR焦點形成和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DSB聚簇。

核骨架與細胞骨架（LINC）復合物的連接體、肌動蛋白網(wǎng)絡和53BP1的相分離特征影響DSB聚類。DSB聚集的作用仍然未知，因為DSB的并置可能導致易位，這質疑DSB聚集或修復局灶性融合的選擇性益處。 DSB誘導后的R環(huán)積累是靶向D染色質區(qū)室的DDR基因增加的標志。房室破裂限制了DDR基因的一個子集的激活，而增加D-室的發(fā)展引起DDR基因的過度激活。

根據(jù)研究結果，染色體設計在DNA修復機制中至關重要，特別是在DSB和DDR方面。ATM有助于修復受損的TADs，這些TADs聚集在核空間內。ATM和信元周期調節(jié)的DSB聚類控制DSB聚類。DDR基因通過D區(qū)室化分離，這是由激活的D基因中的R環(huán)促進的。DSB引起的染色體結構變化也可能通過易位危及基因組的完整性。

H2 AX/53 BP 1相關結構域從染色質中的自分離導致D區(qū)室的產(chǎn)生，該D區(qū)室募集并激活DDR相關基因，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)室內的物理重新定位使得能夠關于DSB加載和持久性進行精確的DDR調節(jié)。然而，該事件增加了潛在易位的風險，因為微聚結和環(huán)擠出可能使線性距離的DSB緊密接觸。

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