2023年8月9日，複旦大學生物醫學研究院/附屬惡性良性腫瘤醫院陳飛課題組與浙江大學陸華松課題組合作，在Nature雜志以長文形式發表了文章R-loop dependent promoter-proximal termination ensures genome stability (《R-loop依賴的啟動子近端轉錄早期終止維持基因組穩定性》)。該研究首次發現了INTAC複合物與單鍊DNA識别複合物SOSS穩定結合并形成SOSS-INTAC複合物；該複合物以凝聚體的形式通過調控細胞内R-loop的水準維持基因組穩定性。
高等生物中，由RNA聚合酶II (Pol II)介導的轉錄是一個高度動态的過程，包括了轉錄起始、啟動子近端暫停、延伸和終止等步驟。完成轉錄起始的Pol II會在轉錄起始位點(TSSs)下遊200 bp的視窗内發生短暫暫停，并面臨兩種命運選擇——走向有效延伸(productive elongation)或者在啟動子附近發生轉錄早期終止（promoter-proximal premature termination）。其中，前者由蛋白激酶複合物P-TEFb調控，它能有效促進基因的轉錄激活；後者由包含磷酸酶活性的INTAC複合物調控，會導緻該輪轉錄過程的提前結束。是以，轉錄機器在啟動子區域的命運抉擇，被認為是高等生物中基因轉錄調控的核心步驟之一，也是轉錄精準調控的關鍵質控環節。然而，相比于人們對P-TEFb介導的有效延伸的充分認知，INTAC介導轉錄早期終止的調控機制仍存在很多未解之謎。
基因轉錄過程中産生的新生RNA（nascent RNA）可以與打開的雙鍊DNA中的模闆鍊發生堿基互補配對，形成RNA:DNA雜交鍊。RNA:DNA雜交鍊與未配對的單鍊DNA（single-strand DNA, ssDNA）所形成的三鍊核酸結構被稱為R-loop。R-loops結構穩定，通常富集于Pol II發生較高水準暫停的啟動子區域以及活躍表達的基因上。已有研究表明，R-loop的異常累積會對基因組穩定性造成重大威脅。一方面，R-loop中暴露的ssDNA極易受到誘變劑和核酸酶的攻擊；另一方面，R-loop會阻礙複制叉前行，誘發轉錄與複制沖突。是以，R-loop水準的精準調控也是維持基因組穩定性的重要質控環節。然而，作為轉錄過程中廣泛産生的副産物，人們對于基因轉錄機器如何調控R-loop水準和維持基因組穩定性的機制并不清楚。
陳飛團隊在分析INTAC的蛋白互作質譜結果時發現，INTAC與一個單鍊DNA識别複合物SOSS（Sensor of Single-Strand DNA）存在非常強的互相作用。SOSS在之前的研究中被發現主要在DNA damage repair中起作用。研究者通過一系列體内外的生物化學以及基因組學等實驗手段證明了SOSS-INTAC複合物在染色質上的穩定存在。
進一步的研究發現，SOSS-INTAC複合物主要結合在基因的啟動子區域。SOSS中的ssDNA識别蛋白會誘導SOSS-INTAC與ssDNA結合，并促進SOSS-INTAC複合物在染色質上的招募及發揮轉錄早期終止的功能。機制研究表明，SOSS-INTAC在染色質上的結合依賴于R-loop結構中的ssDNA。識别R-loops之後，SOSS-INTAC通過其RNA核酸内切酶作用誘導轉錄早期終止，同時協同RNA核酸外切酶exosome和XRN2，防止R-loops的過度積累，進而實作維持基因組穩定性的功能。最後，研究者還發現SOSS-INTAC在細胞内以生物大分子凝聚體的形式存在，并且這種凝聚體被破壞後會顯著影響SOSS-INTAC調控R-loops和基因組穩定性的能力。
SOSS-INTAC的工作模型。SOSS-INTAC通過SOSS所具有的ssDNA識别能力，以生物大分子凝聚體的形式通過識别轉錄過程産生的R-loop結構中的ssDNA将INTAC招募至染色質上，發揮基因轉錄早期終止的功能；SOSS-INTAC與RNA核酸外切酶exosome和XRN2協同，抑制染色質上R-loops過度積累，進而維持細胞内的基因組穩定性。
綜上所述，該研究論文首次鑒定了一個基因轉錄和基因組穩定性調控複合物SOSS-INTAC，并揭示了其在基因轉錄調控和基因組穩定性維持中的“雙重質控”功能，是基因轉錄與基因組穩定性交叉研究領域的又一突破性發現。
複旦大學附屬惡性良性腫瘤醫院博士後徐從玲（即将入職同濟大學生命科學與技術學院，獨立PI），浙江大學生命科學研究院20級直博生李呈瑜，複旦大學生物醫學研究院原博士後、複旦大學附屬惡性良性腫瘤醫院助理研究員陳吉偉，複旦大學生物醫學研究院21級直博生熊燕為本研究共同第一作者。複旦大學生物醫學研究院/附屬惡性良性腫瘤醫院陳飛研究員和浙江大學陸華松研究員為共同通訊作者。
原文連結：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06515-5
來源
生物醫學研究院、複旦上醫
制 圖
吳宛璇
責 編
章佩林
編 輯
淩奕骐
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