4月30日，國際學術期刊Cell Research在線發(fā)表了中國科學院分子細胞科學卓越創(chuàng)新中心（生物化學與細胞生物學研究所）孟飛龍研究組的研究論文“ERCC6L2 promotes DNA orientation-specific recombination in mammalian cells”。該研究利用B細胞抗體類型轉換重組為模型，發(fā)現ERCC6L2蛋白決定了抗體類型轉換中DNA重組方向特異性。

 

        在適應性免疫中，免疫受體基因在免疫細胞發(fā)育的特定時期，會主動地發(fā)生DNA損傷。這種程序性DNA損傷需要被高效地修復，才能在DNA損傷發(fā)生時仍維持細胞的免疫學功能?？贵w類型轉換就是一個很好的例子：在抗體類型轉換中，脫氨酶AID在抗體恒定區(qū)基因上產生的兩個DNA雙鏈斷裂(DSBs)總是傾向于以“中間片段刪除”的方式連接（附圖中1-4連接），最后重組成具有功能的抗體基因。在哺乳動物細胞中其它原因產生的DNA斷裂連接，并不具備這種方向傾向性，即“中間片段刪除”和“中間片段反轉”的比例為1:1。這種哺乳動物細胞中方向傾向性重組的分子機制仍然未知。

 

        在該項研究中，研究人員首次高通量整合了CRISPR/Cas9遺傳學篩選與化學遺傳學方法，對DNA修復基因在不同種類DNA損傷小分子化合物處理中的作用，做了全景描述。發(fā)現了新的非同源末端連接因子，并對于其中含有SWI2/SNF2家族重構酶/轉座酶催化活性結構域的ERCC6L2基因進行了深入研究。與經典的非同源末端連接因子類似，ERCC6L2基因突變的病人呈現出骨髓衰竭的病征。在哺乳動物細胞體系中，ERCC6L2基因缺陷的細胞特異性對DNA雙鏈損傷敏感，而ERCC6L2基因缺陷的B細胞不能進行高效的抗體類型轉換。對于B細胞免疫功能的進一步測定，研究人員發(fā)現ERCC6L2單基因缺陷影響了抗體類型轉換，并不影響前體B細胞內的V(D)J免疫重排或生發(fā)中心B細胞內的抗體高頻突變。在DNA損傷發(fā)生后，ERCC6L2蛋白能夠通過其C端結構域，迅速地被招募到DNA損傷位點。而其N端重構酶/轉座酶催化活性結構域是其發(fā)揮功能所必需的。ERCC6L2蛋白影響了其它非同源末端連接因子，特別是DNA連接酶復合物的招募。這種緩慢發(fā)生的末端連接，導致了染色質三維結構域內DNA斷裂的快速處理，從而使整個DNA重組體系喪失了方向特異性信息。利用高通量全基因組染色質易位測序法(HTGTS)，研究人員發(fā)現ERCC6L2蛋白酶活是方向傾向性重組必需的。該研究發(fā)現ERCC6L2是一個新的非同源末端連接因子，可以通過調控DNA末端連接的方向性促進DNA重組。這些發(fā)現拓展了DSBs損傷修復領域的認知，發(fā)現了抗體類型轉換重組過程中方向特異性連接的決定因子。對于方向性DNA重組的分子機制，仍有待進一步的研究。

 

        分子細胞卓越中心孟飛龍研究員為本文通訊作者，哈佛大學醫(yī)學院劉小樂教授為共同資深作者。研究組的博士后劉曉靜及博士研究生劉婷婷、尚雅芳、代鵬飛為本文共同第一作者。該研究還得到了NIH癌癥研究中心的Rafael Casellas研究員、哥倫比亞大學的查珊教授、上海交通大學的Leng-Siew Yeap教授、北京大學的胡家志教授、中山大學的董俊超教授、分子細胞卓越中心周波研究員、上海師范大學的鄭小琪教授等的大力協(xié)助。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃項目、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項、國家自然科學基金、中國博士后科學基金等的經費支持，以及分子細胞中心GTP研究中心、動物實驗技術平臺、細胞分析技術平臺和分子生物學平臺等的大力支持。

       

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