甲醛诱导的DNA-蛋白质交联全基因组图谱揭示哺乳动物细胞中独特的形成模式与转录偶联修复机制

这项研究通过结合新一代测序与蛋白质沉淀富集技术，首次系统绘制了甲醛诱导的DNA-蛋白质交联(DPC)在人类基因组中的分布图谱。研究人员发现DPC的形成具有染色质状态依赖性，并证实RNA聚合酶II转录位点的DPC修复需要Cockayne综合征B组蛋白(CSB)和着色性干皮病A组蛋白(XPA)的协同作用，而核糖体DNA(rDNA)位点则不受转录偶联修复影响。该研究为理解环境致癌物导致的基因组不稳定机制提供了新视角，对化疗药物毒性管理具有潜在应用价值。

　　

当细胞暴露于环境致癌物或化疗药物时，DNA与蛋白质会形成共价交联（DNA-protein crosslinks, DPC），这种"分子胶水"可能阻碍关键的转录和复制过程，导致基因组不稳定甚至细胞死亡。尽管已知核苷酸切除修复(NER)和同源重组等途径参与DPC修复，但基因组环境如何影响其形成和清除仍是未解之谜。甲醛作为一类致癌物和常见环境污染物，既能通过代谢过程内源性产生，也可通过工业暴露外源性摄入，是研究DPC的理想模型。

美国明尼苏达大学（University of Minnesota）药理学系的Duha Alshareef等研究人员在《Nucleic Acids Research》发表研究，开发了"DPC-seq"技术——通过氯化钾/SDS沉淀法选择性富集蛋白质交联DNA片段，结合超声破碎和二代测序，实现了全基因组范围内DPC形成与修复的动态追踪。研究团队还运用CRISPR基因编辑构建了XPA、XPC和CSB基因敲除的HT1080细胞系，结合染色质状态分析（ChromHMM）和rDNA特异性测序策略，系统解析了不同基因组区域的DPC修复特征。

关键技术包括：（1）改良的ARK（advanced recovery of potassium-SDS）沉淀法富集DPC；（2）Covaris超声破碎优化200-500bp片段；（3）基于ChromHMM的18种染色质状态分析；（4）rDNA特异性基因组重建测序；（5）地塞米松诱导的转录重编程实验验证功能关联。

主要发现

甲醛诱导的DPC在基因组中呈非随机分布
通过比较未处理组与400μM甲醛处理2小时的HT1080细胞，发现内源性DPC均匀分布，而甲醛诱导的DPC显著富集于转录活跃区域（如多梳抑制基因、二价增强子等）。这种偏好性与染色质可及性（ATAC-seq信号）呈正相关，表明开放染色质更易形成DPC。

DPC清除具有转录活性依赖性
在5小时恢复期后，活跃转录基因（H3K4me3标记的Q4基因群）的DPC清除效率显著高于沉默基因（Q0）。地塞米松处理实验证实：当药物抑制IL1B基因转录时，该位点DPC清除率下降50%，直接证明转录活动驱动修复。

TC-NER（转录偶联核苷酸切除修复）主导DPC修复
XPA（NER核心因子）或CSB（转录偶联修复起始因子）敲除细胞中，活跃转录基因的DPC清除显著受损。有趣的是，XPC（全局基因组NER因子）缺失不影响修复，证实这是特异性TC-NER途径。补充实验显示氮芥诱导的DPC修复同样依赖XPA。

核糖体DNA逃避转录偶联修复
通过rDNA特异性分析发现，尽管RNA聚合酶I持续转录rDNA，但其DPC清除效率与非转录区域（Q0）相当，且不受XPA缺失影响。这与UV损伤修复模式一致，暗示不同RNA聚合酶招募差异化的修复机制。

这项研究建立了首个全基因组DPC动态图谱，揭示了染色质组织、转录活动与DNA修复途径的复杂互作规律。特别重要的是，研究者提出"两步修复模型"：CSB介导的泛素-蛋白酶体系统首先降解交联蛋白为肽段，随后XPA依赖的NER切除残余DNA-肽段交联。该模型调和了既往关于NER能否处理大分子DPC的争议，为理解化疗药物毒性差异提供了分子基础。此外，发现rDNA修复的特殊性，可能解释某些组织对醛类致癌物的选择性敏感。这些发现不仅深化了对基因组维护机制的认识，也为优化基于DPC诱导剂的癌症治疗方案提供了新思路。