研究发现染色质区室化是如何影响DNA损伤反应-辉骏生物

研究发现染色质区室化是如何影响DNA损伤反应

发布时间：2023-10-27 14:42:54作者：辉骏生物-fitgene

在最近发表在《自然》杂志上的一项研究中，研究人员确定了双链断裂（DSB）诱导的区室形成协调脱氧核糖核酸（DNA）损伤反应（DDR）的机制。

DNA DSB是极其危险的病变，可能导致易位或大的染色体重排，从而增加细胞稳态和遗传完整性受损的风险。染色质是至关重要的DNA修复，这可以通过同源重组或非同源型末端连接机制来完成;然而，关于染色体结构影响这些活动的机制的数据是有限的。虽然染色质在DNA修复中的作用已经被研究，但染色体折叠在这些过程中的作用尚不清楚。

研究人员进行了γ组蛋白2AX（gH 2AX）染色质免疫沉淀，然后进行测序（ChIP-seq）和直接DSB作图来检测DSB。从人DIvA细胞系收集的Hi-C数据用于研究三维（3D）基因组结构，添加羟基他莫昔芬（OHT）以在确定的位点引起许多DSB。

使用Hi-C分析在共济失调毛细血管扩张突变（ATM）和DNA依赖性蛋白激酶（DNA-PK）的存在下检查磷酸肌醇3-激酶（PI 3 K）样蛋白激酶在DSB应答中的作用，这两者都影响DSB处的H2 AX积累。

使用磷酸化ATM（pATM）ChIP-seq分析鉴定未处理的DIvA细胞中的内源性DSB热点。此外，使用随机照明显微镜（RIM）对53结合蛋白（53 BP 1）-绿色荧光蛋白（GFP）DIvA细胞进行活体成像。

半荧光恢复后光漂白（半FRAP）被用来阐明的过程中，导致DSB集群。在DSB诱导之前和之后进行核糖核酸（RNA）测序以鉴定在DSB形成之后增强的基因。

DSB诱导后，对DIvA细胞进行高通量测序（DRIP-seq），以研究D区室发育和R环之间的相互作用。RNase H1过表达对DSB聚类的影响和中断DSB聚类的影响通过耗尽LINC复合物的SUN 2组分来确定。还进行了定量逆转录聚合酶链反应（RT-qPCR）测定，以定量染色体内DSB非法再连接的发生。

ATM诱导创建一个新的染色质区室，称为D区室，在哺乳动物细胞DSB后，通过聚类损伤的拓扑相关结构域（TADs）与53BP1和H2AX装饰。辐射加强了整个基因组的TADs。

在DSB诱导后，被H2 AX/53 BP 1覆盖的受损TADs建立了一个新的染色质区室，与基因组的其余部分分离。通过与聚合物-聚合物相分离（PPPS）而不是液-液相分离（LLP）相关的方法产生D隔室。在G1期形成的D染色质区室不受凝聚力的影响，并受到药理学DNA-PK抑制和R环增生的促进。

通过R环富集的DDR基因物理上重新定位到新的D区室，从而增强激活并为DDR中的DSB聚类提供目的。然而，由DSB诱导的染色体重构伴随着增加的易位率，这也在肿瘤基因组中观察到。

DSB通过PI 3 K样蛋白如DNA依赖性蛋白激酶和ATM激活DDR，并产生gH 2AX染色质结构域，促进信号传导事件如DDR焦点形成和53 BP 1募集。抑制ATM活性减少DSB聚簇，而抑制DNA-PK活性显著增强DSB聚簇。

核骨架与细胞骨架（LINC）复合物的连接体、肌动蛋白网络和53BP1的相分离特征影响DSB聚类。DSB聚集的作用仍然未知，因为DSB的并置可能导致易位，这质疑DSB聚集或修复局灶性融合的选择性益处。 DSB诱导后的R环积累是靶向D染色质区室的DDR基因增加的标志。房室破裂限制了DDR基因的一个子集的激活，而增加D-室的发展引起DDR基因的过度激活。

根据研究结果，染色体设计在DNA修复机制中至关重要，特别是在DSB和DDR方面。ATM有助于修复受损的TADs，这些TADs聚集在核空间内。ATM和信元周期调节的DSB聚类控制DSB聚类。DDR基因通过D区室化分离，这是由激活的D基因中的R环促进的。DSB引起的染色体结构变化也可能通过易位危及基因组的完整性。

H2 AX/53 BP 1相关结构域从染色质中的自分离导致D区室的产生，该D区室募集并激活DDR相关基因，特别是那些易于形成R环的基因。富含R环的DDR激活基因在D区室内的物理重新定位使得能够关于DSB加载和持久性进行精确的DDR调节。然而，该事件增加了潜在易位的风险，因为微聚结和环挤出可能使线性距离的DSB紧密接触。

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