撰文 | 柚子責(zé)編 | 兮

DNA它是攜帶生物體遺傳信息的重要分子，其完整性對細(xì)胞生存至關(guān)重要。然而，在生活活動中，DNA內(nèi)源性(氧化自由基， **  叉坍塌等)或外源性(電離輻射、烷化劑等)** ，DNA不同類型的損傷是不可避免的。DNA損傷中，DNA雙鏈斷裂損傷（DNA double strand breaks，DSBs）是更嚴(yán)重的損傷類型。DSB病理性在適應(yīng)性免疫應(yīng)答中起著重要作用DSB導(dǎo)致細(xì)胞生長停滯或癌變1。

因此，生命在進(jìn)化過程中形成了一套復(fù)雜有序的網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)DNA修復(fù)雙鏈斷裂（DNA double-strand breaks repair，DSBR）。哺乳動物會動員以保護(hù)基因組的完整性DSB保護(hù)位點附近的染色質(zhì)量DNA以免過度切除，傷害正常染色體。這個過程是由53BP1蛋白質(zhì)介導(dǎo)。發(fā)生了DNA雙鏈斷裂后，53BP1高度磷酸化，迅速從核中的彌散分布聚集到DSB位點在熒光顯微鏡下形成清晰可見的斑點，并招募RIF1和shieldin-CST-POLα復(fù)合物2。但目前尚不清楚該過程是如何影響染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)的。

201910月24日，丹麥哥本哈根大學(xué)Jiri Lukas英國牛津大學(xué)Lothar Schermelleh教授在Nature發(fā)表研究“Stabilization of chro ** tin topology safeguards genome integrity該研究利用超高分辨率顯微鏡發(fā)現(xiàn)53BP1和RIF1蛋白可形成自治功能模塊（autonomous functional module），穩(wěn)定DNA斷裂點的三維染色質(zhì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

了解染色質(zhì)3D如何保護(hù)結(jié)構(gòu)中的生物體？DNA研究人員是對的53BP1可視化研究蛋白質(zhì)。DNA損傷發(fā)生時，53BP1與前人的報道一致，在傳統(tǒng)熒光顯微鏡下形成均勻的球狀體。3D-SIM研究人員維結(jié)構(gòu)照明顯微鏡時，研究人員發(fā)現(xiàn)DNA斷裂從4到7形成53BP1蛋白亞結(jié)構(gòu)（sub-do ** ins）環(huán)形結(jié)構(gòu)組成(圖1)。

圖1

STED顯微鏡（stimulated emission depletion microscopy）該成像顯示了更高的分辨率53BP1亞結(jié)構(gòu)直徑100nm左右，兩個53BP1亞結(jié)構(gòu)的中心距離接近140nm(圖2)研究人員將這些亞結(jié)構(gòu)命名為53BP1納米域（53BP1-NDs）以及更**的裝配體53BP1微米域（53BP1 MDs）。

圖2

進(jìn)一步研究表明，當(dāng)DNA損傷發(fā)生時，53BP1首先與該位點相匹配TAD結(jié)構(gòu)序列結(jié)合，形成53BP1-NDs和53BP1 MDs結(jié)構(gòu)。隨后RIF1和cohesin招募復(fù)合體TAD結(jié)構(gòu)邊界，53BP1和RIF1單個交替分布DBS幾個相鄰的位點TAD結(jié)構(gòu)穩(wěn)定有序的環(huán)形排列，保持DNA斷裂點的染色質(zhì)3D結(jié)構(gòu)。染色結(jié)構(gòu)可限制BRCA1避免活動DNA過度切割斷端。53BP1和RIF1當(dāng)?shù)鞍踪|(zhì)缺失時，環(huán)形結(jié)構(gòu)被破壞，DNA修復(fù)蛋白BRCA1在染色質(zhì)上擴散，導(dǎo)致染色質(zhì)擴散DNA斷端的過度切除，影響基因組的完整性（圖3）。

圖3

一般來說，利用超高分辨率顯微技術(shù)發(fā)現(xiàn)了該研究53BP1和RIF1在DNA斷端保持染色質(zhì)3D結(jié)構(gòu)，限制BRCA1活性是保護(hù)染色體完整性的重要功能。同時，該研究表明了染色質(zhì)3D結(jié)構(gòu)對DNA修復(fù)損傷的必要性具有重要意義。DSB位置附近有序的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可以保護(hù)DNA免受其他無法控制的酶的攻擊，同時提高DSB位點的抗切割因子（anti-resection factors），如shieldin濃度。這也可以解釋shieldin如何成為人類蛋白質(zhì)組中豐度更低的蛋白質(zhì)？DNA損傷修復(fù)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

值得注意的是，在這項研究中online前一天，美國癌癥研究中心André Nussenzweig院士在Molecular Cell發(fā)表研究“53BP1 Enforces Distinct Pre- and Post-ResectionBlocks on Homologous Recombination”（詳見BioArt報道：Molecular Cell | 53BP1從蛋白質(zhì)互作的角度解釋同源重組末端切除前后的功能)53BP1對BRCA1抑制通道。BRCA1可促進(jìn)5’到3’端的DNA切除并將RAD51單鏈加載到3端DNA推進(jìn)同源重組修復(fù)。

André Nussenzweig等人發(fā)現(xiàn)53BP1通過招募PTIP和Shieldin抑制DNA切斷和阻斷斷端RAD51加載，從而拮抗BRCA1介紹的同源重組修復(fù)。這兩項研究從不同的角度向我們展示53BP1在DNA修復(fù)的重要功能。53BP1和RIF1，Shieldin對DNA促進(jìn)斷端保護(hù)DNA修復(fù)的非同源終端鏈接(Non-homologous end joining,NHEJ)途徑，與BRCA1同源重組介導(dǎo)(Homologous recombination,HR)修復(fù)途徑發(fā)生拮抗。

所以，身體是如何工作的HR和NHEJ平衡途徑？53BP1和BRCA1如何參與這個平衡過程？需要進(jìn)一步研究。

原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-019-1659-4

制版人：小嫻子

參考文獻(xiàn)1. Stavnezer J，Guike **  JE，Schrader **． Mechani **  and regulation of class switch recombination [J]  ． Annu Rev Immunol，2008，26: 261-2922.Setiaputra,D. & Durocher,D.Shieldin—the protector of DNA ends. EMBO Rep. 20,e47560 (2019)