Nature ：酒精诱导的DNA交联会通过两种不同的机制进行修复学术资讯

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撰文 | 雪月

DNA链间交联（DNA interstrand crosslinks， ICL）是通过共价键连接两条DNA链，具有很高的细胞毒性，它能阻止DNA复制和转录。ICL形成剂通常用于肿瘤化疗，内源性细胞代谢产物也可以形成ICL。多项研究关注内源性修复ICL的机制，参与ICL内源性修复的蛋白包括结构特异性核酸内切酶，它们负责在ICL附近切开DNA；另一类属于跨损伤DNA聚合酶【1】。

ICL修复还需要负责同源重组的蛋白质参与。ICL修复受损时会引起Fanconi 贫血症（Fanconi anemia FA），发生FA时机体无法更新体内血细胞，并对肿瘤易感【2】。十三种FA基因产物（FA蛋白）对机体修复ICL和抑制染色体不稳定性必不可少。

乙醛是酒精在体内代谢产生的，对DNA有害的代谢产物。乙醛的机体解毒过程受损在亚洲人口中很普遍，并且与酒精相关的肿瘤关系密切。ICL修复可保护细胞免受乙醛诱导的损害。乙醛解毒途径和FA途径的联合失活会诱导突变，提高恶性肿瘤发生概率并会引起血液干细胞的快速消耗。然而，乙醛引起的DNA损伤的性质以及如何修复仍未知。

2020年3月4日，来自荷兰Hubrecht研究所和Utrecht医学中心的Puck Knipscheer课题组在Nature上发表了题为Alcohol-derived DNA crosslinks are repaired by two distinct mechanisms的文章。该文章发现乙醛引起的ICL修复包括两种复制偶联的修复途径，包括已经发现的FA途径，和一种无须产生DNA链切口的修复新途径。与顺铂诱导的交联的修复相比，乙醛诱导的交联的修复导致突变频率增加和突变谱改变。

为了研究酒精诱导的DNA损伤的修复机制，该课题组首先生成了乙醛交联的DNA底物。乙醛与鸟嘌呤反应生成交联前体N2-丙鸟嘌呤（PdG）。在5'-CpG序列中，PdG与鸟嘌呤的N2-胺在相反链上反应，形成乙醛链间交联键（AA-ICL）。在寡核苷酸双链体内合成了位点特异性AA-ICL，称为AANAT-ICL。PdG与缺乏N2-胺的脱氧肌苷的对照反应未发生交联，因此证实了AANAT-ICL的位点特异性。AANAT-ICLs在生理pH和温度下稳定，在37°C下72 h后逆转不到10％。为了使用该系统检测AANAT-ICL的修复，将寡核苷酸连接到质粒（pICL-AANAT）中。作者还生成了含有顺铂链间交联（pICL-Pt）或PdG（pPdG）的质粒，以及未修饰的对照质粒（pCon）。

交联的载体均在非复制爪蟾卵提取物中稳定。
以上述体系作者进行探究。研究表明pICL-AANAT显示出更快的修复率（50分钟时11％：1%）。作者分析发现一部分pICL-AANAT以与pICL-Pt相似的方式发生修复。利用FANCD2缺失的爪蟾卵提取物验证发现二者共同的修复方式是FA修复途径。缺失了FA修复途径时，pICL-AANAT依然会发生部分修复。这也表明pICL-AANAT还可以通过第二种更快的机制进行了修复。

令作者感到意外的是AANAT-ICL的第二条更快的修复途径不涉及产生DNA切口步骤。而是通过在交联本身内部进行切割来发生修复。这种修复途径需要在一条或者两条链上加上加合物，并且要求TLS在加和物对应的位置插入核苷酸进行延伸复制。作者分别用TLS聚合酶REV1和Polζ缺失的爪蟾卵提取物以验证作者的猜想。作者发现AANAT-ICL修复的第二条途径在底链上产生了加合物，并且需要REV1和Polζ进行旁路支持。再进一步的研究表明第二修复途径在会顶部链上再生一个dG，但是会在底部链上产生dG加合物。
最后作者检测了AANAT-ICL修复的保真性。

作者提取了爪蟾卵提取物中的质粒，对其进行高通量测序发现乙醛交联修复具有致突变性。修复后的AANAT-ICL大约10%的蛋白质在交联位点10%会发生突变。而且突变谱是不同的。pICL-Pt最常见的是G>T。AANAT-ICL修复发生的突变C>G, C>A, G>C和G>T都能观察到。

综上，该研究揭示了乙醛诱导的ICL两种修复机制。区别于顺铂诱导的FA修复途径，该研究揭示的乙醛诱导的新的修复方式具有明显的优势，它避免了DNA链断裂或脱碱基位点的产生，而这两者均可增加基因组不稳定。

原文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-020-2059-5

参考文献

1. Räschle, M. et al. Mechanism of replication-coupled DNA interstrand crosslink repair. Cell 134, 969–980 (2008).2. Knipscheer, P. et al. The Fanconi anemia pathway promotes replication-dependent DNA interstrand cross-link repair. Science 326, 1698–1701 (2009).

来源：BioGossip BioArt

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