DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand breaks，DSBs）是真核細(xì)胞中最嚴(yán)重的DNA損傷類型之一，單個裸露的DSB即可誘發(fā)細(xì)胞凋亡。DSB主要通過非同源末端連接（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，對于維持基因組穩(wěn)定性十分重要。攜帶BRCA1種系突變的個體一生累計乳腺癌發(fā)病風(fēng)險達(dá)80%，卵巢癌發(fā)病風(fēng)險達(dá)40%~60%。近年來，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NHEJ快速連接修復(fù)，產(chǎn)生了大量錯誤的修復(fù)產(chǎn)物，達(dá)到殺死HR修復(fù)缺陷的腫瘤細(xì)胞并對正常細(xì)胞低毒害的效果。PARPi盡管可以針對性殺死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臨床問題。深入研究細(xì)胞對DSB修復(fù)途徑的選擇機制有助于揭示相關(guān)癌癥的致病機理，并將加速新型抗腫瘤藥物的研發(fā)。中國科學(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的識別調(diào)控對DSB修復(fù)途徑選擇的重要作用。

　　細(xì)胞對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途徑的選擇過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。研究表明，BARD1蛋白可以識別組蛋白H4第20位賴氨酸（H4K20me0）以及H2A第15位賴氨酸上的泛素（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)等實驗手段，揭示了BARD1對泛素化核小體的特異識別模式，闡明了BRCA1-BARD1復(fù)合物識別損傷染色質(zhì)并促進(jìn)同源重組修復(fù)的分子機制。

　　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通過識別泛素K63-E64位點，而非普遍存在的I44與I36位點與泛素結(jié)合，從而揭示了一種新的泛素識別模式。研究利用MST、EMSA和ITC等技術(shù)對上述作用界面進(jìn)行了體外實驗驗證，揭示了BARD1識別H4K20me0和H2AK15Ub的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。科研人員同時利用RNA干擾、免疫熒光與細(xì)胞存活等實驗方法進(jìn)行了體內(nèi)功能驗證，實驗證明破壞BARD1-核小體相互作用會嚴(yán)重影響B(tài)RCA1-BARD1復(fù)合物在DSB位點的招募，致使HR修復(fù)效率下降，從而導(dǎo)致細(xì)胞對PARPi非常敏感。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，BARD1-核小體作用結(jié)合界面上存在多個癌癥相關(guān)突變，提示BARD1突變可能會破壞細(xì)胞對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特異識別泛素化核小體及其在促進(jìn)同源重組修復(fù)過程中的重要作用，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)控機制。該研究對于理解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。研究工作得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金、中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項（B類）等的資助。

　　論文鏈接

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