DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand breaks，DSBs）是真核細(xì)胞中最嚴(yán)重的DNA損傷類(lèi)型之一，單個(gè)裸露的DSB即可誘發(fā)細(xì)胞凋亡。DSB主要通過(guò)非同源末端連接（NHEJ，non-homologous end-joining）和同源重組（HR，homologous recombination）兩種方式進(jìn)行修復(fù)。HR修復(fù)發(fā)生在S和G2期，受損的DNA以姐妹染色單體上的同源序列為模板進(jìn)行修復(fù)，因此，HR修復(fù)是精確的修復(fù)方式，一旦發(fā)生缺陷將導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定，引起包括腫瘤在內(nèi)的多種疾病發(fā)生。

　　乳腺癌易感基因BRCA1編碼的蛋白促進(jìn)DSB選擇精確的HR修復(fù)方式，對(duì)于維持基因組穩(wěn)定性十分重要。攜帶BRCA1種系突變的個(gè)體一生累計(jì)乳腺癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)達(dá)80%，卵巢癌發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)達(dá)40%~60%。近年來(lái)，在攜帶BRCA1或BRCA2突變的卵巢癌和乳腺癌治療中得到廣泛應(yīng)用的PARP抑制劑（PARPi）便是利用“合成致死”效應(yīng)靶向殺滅腫瘤細(xì)胞，其原理是PARPi導(dǎo)致細(xì)胞積累大量DNA單鏈斷裂，單鏈斷裂損傷在S期進(jìn)一步轉(zhuǎn)變?yōu)殡p鏈斷裂，由于HR修復(fù)缺陷，這些雙鏈斷裂的DNA通過(guò)NHEJ快速連接修復(fù)，產(chǎn)生了大量錯(cuò)誤的修復(fù)產(chǎn)物，達(dá)到殺死HR修復(fù)缺陷的腫瘤細(xì)胞并對(duì)正常細(xì)胞低毒害的效果。PARPi盡管可以針對(duì)性殺死HR修復(fù)缺陷的細(xì)胞，是一種頗具前景的低毒靶向藥物，但它面臨著適用性和耐藥性這兩個(gè)臨床問(wèn)題。深入研究細(xì)胞對(duì)DSB修復(fù)途徑的選擇機(jī)制有助于揭示相關(guān)癌癥的致病機(jī)理，并將加速新型抗腫瘤藥物的研發(fā)。中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所研究員周政課題組此前研究揭示了組蛋白H4K20me2的識(shí)別調(diào)控對(duì)DSB修復(fù)途徑選擇的重要作用。

　　細(xì)胞對(duì)DSB修復(fù)途徑的選擇受到細(xì)胞周期的嚴(yán)格調(diào)控，NHEJ和HR修復(fù)途徑在細(xì)胞周期的不同階段發(fā)揮作用并維持基因組穩(wěn)定性。為了確保遺傳信息的準(zhǔn)確傳遞，細(xì)胞傾向于選擇更精確的HR途徑對(duì)DNA復(fù)制期產(chǎn)生的DNA損傷進(jìn)行修復(fù)，腫瘤抑制蛋白BRCA1與BARD1在HR途徑的選擇過(guò)程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究表明，BARD1蛋白可以識(shí)別組蛋白H4第20位賴(lài)氨酸（H4K20me0）以及H2A第15位賴(lài)氨酸上的泛素（H2AK15Ub）形成的雙重標(biāo)記，并將BRCA1-BARD1二聚體定位到DSB附近的染色質(zhì)，同時(shí)招募下游修復(fù)因子進(jìn)行DSB修復(fù)。

　　6月7日，Molecular Cell在線發(fā)表了周政課題組與浙江大學(xué)教授黃俊課題組合作完成的研究論文Structural insight into BRCA1-BARD1 complex recruitment to damaged chromatin。該研究利用結(jié)構(gòu)生物學(xué)、生物化學(xué)、生物物理學(xué)及細(xì)胞生物學(xué)等實(shí)驗(yàn)手段，揭示了BARD1對(duì)泛素化核小體的特異識(shí)別模式，闡明了BRCA1-BARD1復(fù)合物識(shí)別損傷染色質(zhì)并促進(jìn)同源重組修復(fù)的分子機(jī)制。

　　研究解析了BARD1與含有H4K20me0與H2AK15Ub雙標(biāo)記核小體的復(fù)合物電鏡結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)表明，BARD1的ARD結(jié)構(gòu)域與BRCT結(jié)構(gòu)域橫跨核小體的盤(pán)面，并與核小體的酸性區(qū)域、組蛋白H4以及泛素等存在廣泛的相互作用。研究發(fā)現(xiàn)，BARD1通過(guò)識(shí)別泛素K63-E64位點(diǎn)，而非普遍存在的I44與I36位點(diǎn)與泛素結(jié)合，從而揭示了一種新的泛素識(shí)別模式。研究利用MST、EMSA和ITC等技術(shù)對(duì)上述作用界面進(jìn)行了體外實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，揭示了BARD1識(shí)別H4K20me0和H2AK15Ub的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。科研人員同時(shí)利用RNA干擾、免疫熒光與細(xì)胞存活等實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行了體內(nèi)功能驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)證明破壞BARD1-核小體相互作用會(huì)嚴(yán)重影響B(tài)RCA1-BARD1復(fù)合物在DSB位點(diǎn)的招募，致使HR修復(fù)效率下降，從而導(dǎo)致細(xì)胞對(duì)PARPi非常敏感。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BARD1-核小體作用結(jié)合界面上存在多個(gè)癌癥相關(guān)突變，提示BARD1突變可能會(huì)破壞細(xì)胞對(duì)DSB修復(fù)途徑的選擇，從而導(dǎo)致癌癥的發(fā)生。

　　該研究揭示了BARD1特異識(shí)別泛素化核小體及其在促進(jìn)同源重組修復(fù)過(guò)程中的重要作用，進(jìn)一步探明了BRCA1-BARD1復(fù)合物介導(dǎo)的DSB損傷修復(fù)通路調(diào)控機(jī)制。該研究對(duì)于理解BARD1突變引起的DSB修復(fù)途徑的異常選擇，以及相關(guān)癌癥的致病機(jī)理和抗腫瘤藥物研發(fā)具有借鑒意義。

　　周政、黃俊為論文的共同通訊作者。周政課題組博士戴霖昌和戴亞鑫、黃俊課題組博士韓金花、周政課題組博士黃艷為論文的共同第一作者。周政課題組博士研究生王龍歌參與研究。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)）等的資助。

　　論文鏈接

BRCA1-BARD1復(fù)合物特異識(shí)別泛素化核小體并促進(jìn)同源重組修復(fù)