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本文聚焦于鸟嘌呤四链体（G4s）诱导微核（MNi）的机制研究。发现基因组环境影响 G4s 稳定后的复制叉停滞与重启，且不同细胞周期依赖不同的跨损伤合成（TLS） DNA 聚合酶。这一成果为癌症和神经疾病治疗策略的开发提供了重要依据。
研究背景
鸟嘌呤四链体（G4s）是由鸟嘌呤碱基四重奏堆叠形成的核酸二级结构，在基因组功能调控中发挥重要作用 。其稳定性可被特定 G4 结合剂增强，这在癌症治疗方面展现出潜力。然而，G4s 诱导微核（MNi）的具体机制尚未完全明晰。微核是由染色质片段被核膜包裹形成的额外核细胞器，它的出现与染色体不稳定相关，可导致染色体碎裂和免疫反应激活，影响癌症发展和治疗效果。
研究结果
- G4 稳定可在细胞周期多个阶段触发染色体不稳定：研究人员用 10 μM 吡啶并嘧啶（PDS）处理 HeLa 细胞，发现无论是 S 期还是非 S 期，G4 稳定均会增加微核、后期桥和滞后染色体的水平，且非 S 期细胞的诱导程度略高于 S 期。此外，乳腺癌 2 型易感蛋白（BRCA2）基因沉默会增加 PDS 诱导的微核，而 Mre11 核酸酶活性的化学抑制可消除所有类型微核的形成，表明 G4 依赖的微核刺激在 BRCA2 沉默细胞中可被 Mre11 抑制剂挽救 。
- DNA 双链断裂并非 G4 稳定的即时反应：通过实验发现，1 小时的 G4 稳定处理不会增加 DNA 双链断裂（DSB），如中性彗星试验、S139 磷酸化组蛋白 H2AX（?H2AX）焦点和细胞含量检测所示 。而持续的 G4 稳定和复制压力才会导致 DSB。与之对比，喜树碱（CPT）处理则会迅速诱导高水平的 DSB，尽管两种药物诱导的微核水平相当，但在 DSB 产生和对 S 期持续时间的影响上存在显著差异。
- 微核在早期 S 期由稳定的 G - 环诱导产生：利用双脉冲新生 DNA 标记协议，研究发现 PDS 在细胞周期的各个阶段均能触发微核形成，但 RNaseH1 过表达可完全消除早期 / 中期 S、晚期 G1 和早期 G1/G2M 期的微核形成，而在晚期 S 期则无此效果 。这表明晚期 S 期的微核形成机制与 R - 环无关。进一步研究发现，PDS 诱导的 R - 环在早期复制起始区高度富集，且这些区域转录活性高。转录延伸抑制剂 5,6 - 二氯 - 1-α-D - 核糖基苯并咪唑（DRB）可抑制 G4 诱导的晚期 G1 和早期 / 中期 S 期的微核形成，说明转录延伸在微核形成中起重要作用。
- PrimPol 在晚期 S 期触发微核形成中起关键作用：PrimPol 是负责在 G4 停滞的叉处重新引发 DNA 合成的主要酶。研究表明，在晚期 S 期，沉默 PrimPol 或敲除其基因可显著降低 PDS 诱导的微核水平，而在其他阶段则无明显影响 。这表明 PrimPol 的活性在晚期 S 期对 G4 诱导的微核形成至关重要，且其作用具有特异性。
- DNA Pol η 在微核形成机制中的作用：DNA Pol η（Pol η）在应对 G4 诱导的复制叉停滞中发挥作用，沉默 Pol η 可减少或消除所有测试阶段中稳定 G4s 导致的微核增加 。在早期 / 中期 S 期，Pol η 的作用可能与 G - 环相关，它可能通过与 R - 环相互作用，促进 DNA 合成的重启；而在晚期 S 期，尽管 Pol η 和 PrimPol 的活性均为微核形成所必需，但 Pol η 的作用似乎与 G - 环无关。
研究讨论
基因组环境对 G4 稳定后的分子事件，如复制叉停滞和恢复模式，有着显著影响。在早期 S 期，富含高度转录基因的区域中，G4 稳定会触发 G - 环的形成，增加转录 - 复制冲突（TRC）频率和复制叉停滞，Pol η 可通过与 G4 诱导的杂交体相互作用，在不引发 DNA 断裂的情况下重启 DNA 合成，但这也增加了染色体不稳定的风险 。在晚期 S 期，G4s 可能直接阻止复制叉的前进，此时 PrimPol 和 Pol η 共同参与重新引发 DNA 合成，最终导致染色体不稳定。此外，研究还发现转录因子 II S（TFIIS）可减少 G4 诱导的微核，表明其在 G4 诱导的 TRC 和染色体不稳定中可能发挥作用，但具体机制仍有待进一步研究 。
研究局限
本研究仅在 PDS 处理 1 小时的条件下探讨了细胞对稳定 G4s 的即时反应机制，无法排除更长时间处理时依赖 DSB 的其他机制。此外，研究未能区分头对头和共向的 TRC，且未明确 TLS 聚合酶是否能在当前条件下延伸 G4 诱导的 G - 环 RNA，也未阐明不同化学物质稳定 G4s 的模式对微核诱导的差异影响 。
研究意义
该研究深入揭示了 G4s 诱导微核形成的机制，明确了不同细胞周期阶段中参与的关键因子和通路。这不仅有助于我们更深入地理解基因组稳定性的维持机制，还为开发针对癌症和神经疾病的有效治疗策略提供了重要的理论基础 。例如，通过靶向调控相关的 DNA 聚合酶或转录因子，可能为癌症治疗开辟新的途径。
