USP37通过抑制TRAIP介导的复制体解组装维持基因组稳定性

本研究揭示了去泛素化酶USP37在应对复制压力中的关键作用：通过结合CDC45抑制TRAIP介导的CMG解组装，防止拓扑应激下复制体的过早解体。研究人员利用CRISPR筛选、非洲爪蟾卵提取物和哺乳动物细胞模型，证实USP37缺失会导致TRAIP依赖性复制体卸载异常，引发DNA损伤。该发现为癌症治疗和微cephalic dwarfism等疾病提供了新靶点，发表于《Nature Communications》。

　　

在真核细胞中，DNA复制是一个高度协调的过程，复制体（replisome）由CDC45-MCM2-7-GINS（CMG）解旋酶、复制聚合酶和辅助因子组成。然而，当复制体遇到蛋白质障碍（如DNA-蛋白质交联或拓扑应力）时，基因组完整性面临严峻挑战。E3泛素连接酶TRAIP能清除这些障碍，但过度激活会导致复制体过早解组装。如何精确调控这一过程？哈佛医学院和剑桥大学的研究团队通过多学科方法揭示了USP37的关键调控作用，相关成果发表于《Nature Communications》。

研究团队主要运用了以下关键技术：1）全基因组CRISPR-Cas9筛选鉴定USP37为拓扑异构酶抑制剂耐药因子；2）非洲爪蟾卵提取物系统模拟复制终止和应激条件下的CMG动态；3）SIRF（原位复制叉蛋白互作）技术监测哺乳动物细胞中复制体稳定性；4）AlphaFold-Multimer预测USP37-CDC45相互作用界面；5）竞争性细胞生长实验验证遗传互作。

CRISPR筛选鉴定USP37为喜树碱耐药因子
通过全基因组CRISPR筛选，研究人员发现USP37缺失使细胞对拓扑异构酶抑制剂（如喜树碱和依托泊苷）高度敏感。在RPE-1 TP53敲除细胞中，USP37缺失导致γH2AX和RPA焦点积累，表明DNA损伤增加。值得注意的是，催化失活突变体USP37^C350A
无法挽救这种表型，提示其去泛素化活性至关重要。

遗传筛选揭示USP37与TRAIP的功能关联
平行CRISPR筛选显示，TRAIP敲除能挽救USP37缺失细胞的喜树碱敏感性。在双敲除细胞中，DNA损伤标志物恢复至基线水平，表明TRAIP是USP37缺失毒性的主要介质。这种"合成拯救"现象揭示了二者在复制压力响应中的拮抗关系。

USP37防止TOP2α抑制下的CMG过早解组装
在非洲爪蟾卵提取物中，TOP2抑制剂ICRF-193延迟复制体汇聚时，USP37缺失显著加速CMG通过TRAIP依赖方式的卸载。加入野生型USP37而非催化突变体可逆转此现象，且p97抑制剂NMS-873条件下观察到MCM7多泛素化增强，证实USP37通过去泛素化保护复制体。

USP37抑制汇聚CMGs的TRAIP依赖性解组装
通过设计间距56-1033 bp的甲基化DNA-蛋白质交联（meDPCs）底物，研究发现USP37缺失时，TRAIP能远程（>1 kb）触发停滞CMGs的泛素化。而在复制终止的CMGs中，TRAIP仍无法进行顺式泛素化，提示USP37主要抑制转式泛素化。

USP37通过结合CDC45发挥功能
AlphaFold-Multimer预测USP37的N端PH结构域与CDC45形成反平行β片层相互作用。突变关键界面残基（USP37^8A
）破坏其染色质定位和功能挽救能力。SIRF实验显示，野生型USP37在拓扑应激下更易定位于复制叉，而突变体定位缺陷与其功能丧失相关。

这项研究阐明了USP37-TRAIP轴在复制体稳定性调控中的核心机制：USP37通过结合CMG的CDC45亚基，拮抗TRAIP介导的复制体泛素化，确保应激条件下DNA复制的完成。该发现不仅解释了拓扑应激响应的重要通路，还为癌症治疗（针对高复制压力肿瘤）和TRAIP突变相关疾病提供了新的干预策略。研究揭示的远程转式泛素化机制，为理解染色质环境下蛋白质修饰的空间调控提供了新视角。