《Nature》破解端粒免受DNA修复攻击之谜

Chromosome end protection by RAP1-mediated inhibition of DNA-PK

在经典非同源末端连接（cNHEJ）过程中，DNA 依赖蛋白激酶（DNA-PK）的作用机制尚不明确。研究人员围绕染色体末端保护展开研究，发现 shelterin 组件 TRF2 和 RAP1 与 DNA-PK 形成复合物，抑制其末端连接功能，这为理解染色体维持机制提供了重要依据。

　　

在细胞的微观世界中，染色体的稳定性是生命活动的基础。端粒作为染色体末端的“保护帽”，防止染色体末端被错误识别和修复。然而，尽管DNA依赖蛋白激酶（DNA-PK）在经典非同源末端连接（cNHEJ）过程中起着关键作用，但它却不会在端粒位置启动cNHEJ。这一现象一直是科学界的未解之谜。

近日，来自英国癌症研究院、瑞典林雪平大学等机构的研究人员在《Nature》杂志上发表了一项突破性研究，揭示了染色体末端保护的新机制。研究人员运用冷冻电镜、DNase I足迹分析、蛋白质交联实验等关键技术方法，从多个角度对染色体末端保护机制进行了深入探究。

研究发现，端粒可以通过两种平行且同样有效的途径免受cNHEJ的影响：3′端突出和RAP1的存在。在小鼠胚胎成纤维细胞实验中，当同时敲除Apollo和Rap1时，约15%的端粒会发生依赖LIG4的染色体型融合；在人视网膜色素上皮细胞实验中，当去除RAP1后，20-30%的端粒会以DNA-PK依赖的方式融合。这表明3′端突出和RAP1在保护端粒免受cNHEJ方面都起着重要作用。

研究人员进一步聚焦于RAP1的保护功能，研究了TRF2、RAP1与DNA-PK之间的相互作用。DNase I足迹分析实验显示，这三个分子在端粒DNA末端形成了一个特定的复合物。冷冻电镜结构解析发现，RAP1的Myb结构域与DNA相互作用，保护了特定区域；RAP1的BRCT结构域与KU的vWA结构域结合，直接阻断了LIG4的结合位点。这一结构上的发现为解释复合物抑制cNHEJ的机制提供了关键线索。

此外，研究人员通过pulldown实验验证了上述结论，表明TRF2和RAP1共同作用可以阻止XRCC4-LIG4被招募到DNA-PK，从而抑制cNHEJ。这一研究不仅明确了RAP1是染色体末端保护抑制途径的关键组成部分，还为理解细胞的遗传稳定性和相关疾病的发生发展提供了重要依据。