4月30日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Cell Research在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心（生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所）孟飛龍研究組的研究論文“ERCC6L2 promotes DNA orientation-specific recombination in mammalian cells”。該研究利用B細(xì)胞抗體類型轉(zhuǎn)換重組為模型，發(fā)現(xiàn)ERCC6L2蛋白決定了抗體類型轉(zhuǎn)換中DNA重組方向特異性。

研究中使用的 Ercc6l2^-/-、Xlf^-/-、Ercc6l2-HA、Ercc6l2D270N小鼠模型均由南模生物構(gòu)建。

在適應(yīng)性免疫中，免疫受體基因在免疫細(xì)胞發(fā)育的特定時(shí)期，會(huì)主動(dòng)地發(fā)生DNA損傷。這種程序性DNA損傷需要被高效地修復(fù)，才能在DNA損傷發(fā)生時(shí)仍維持細(xì)胞的免疫學(xué)功能。

抗體類型轉(zhuǎn)換就是一個(gè)很好的例子：在抗體類型轉(zhuǎn)換中，脫氨酶AID在抗體恒定區(qū)基因上產(chǎn)生的兩個(gè)DNA雙鏈斷裂(DSBs)總是傾向于以“中間片段刪除”的方式連接（附圖中1-4連接），最后重組成具有功能的抗體基因。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中其它原因產(chǎn)生的DNA斷裂連接，并不具備這種方向傾向性，即“中間片段刪除”和“中間片段反轉(zhuǎn)”的比例為1:1。這種哺乳動(dòng)物細(xì)胞中方向傾向性重組的分子機(jī)制仍然未知。

?在該項(xiàng)研究中，研究人員首次高通量整合了CRISPR/Cas9遺傳學(xué)篩選與化學(xué)遺傳學(xué)方法，對(duì)DNA修復(fù)基因在不同種類DNA損傷小分子化合物處理中的作用，做了全景描述。發(fā)現(xiàn)了新的非同源末端連接因子，并對(duì)于其中含有SWI2/SNF2家族重構(gòu)酶/轉(zhuǎn)座酶催化活性結(jié)構(gòu)域的ERCC6L2基因進(jìn)行了深入研究(Fig.1)。

Fig. 1 CRISPR-chemical screening uncovers ERCC6L2 as a potential NHEJ factor.

與經(jīng)典的非同源末端連接因子類似，ERCC6L2基因突變的病人呈現(xiàn)出骨髓衰竭的病征。在哺乳動(dòng)物細(xì)胞體系中，ERCC6L2基因缺陷的細(xì)胞特異性對(duì)DNA雙鏈損傷敏感，而ERCC6L2基因缺陷的B細(xì)胞不能進(jìn)行高效的抗體類型轉(zhuǎn)換。

對(duì)于B細(xì)胞免疫功能的進(jìn)一步測(cè)定，研究人員發(fā)現(xiàn)ERCC6L2單基因缺陷影響了抗體類型轉(zhuǎn)換，并不影響前體B細(xì)胞內(nèi)的V(D)J免疫重排或生發(fā)中心B細(xì)胞內(nèi)的抗體高頻突變。在DNA損傷發(fā)生后，ERCC6L2蛋白能夠通過(guò)其C端結(jié)構(gòu)域，迅速地被招募到DNA損傷位點(diǎn)(Fig.2)。而其N端重構(gòu)酶/轉(zhuǎn)座酶催化活性結(jié)構(gòu)域是其發(fā)揮功能所必需的。ERCC6L2蛋白影響了其它非同源末端連接因子，特別是DNA連接酶復(fù)合物的招募。這種緩慢發(fā)生的末端連接，導(dǎo)致了染色質(zhì)三維結(jié)構(gòu)域內(nèi)DNA斷裂的快速處理，從而使整個(gè)DNA重組體系喪失了方向特異性信息。

Fig.2 ERCC6L2 quickly engages in DNA damage repair.

利用高通量全基因組染色質(zhì)易位測(cè)序法(HTGTS)，研究人員發(fā)現(xiàn)ERCC6L2蛋白酶活是方向傾向性重組必需的。該研究發(fā)現(xiàn)ERCC6L2是一個(gè)新的非同源末端連接因子，可以通過(guò)調(diào)控DNA末端連接的方向性促進(jìn)DNA重組(Fig.3)。

這些發(fā)現(xiàn)拓展了DSBs損傷修復(fù)領(lǐng)域的認(rèn)知，發(fā)現(xiàn)了抗體類型轉(zhuǎn)換重組過(guò)程中方向特異性連接的決定因子。對(duì)于方向性DNA重組的分子機(jī)制，仍有待進(jìn)一步的研究。

Fig. 3 A working model to explain roles of ERCC6L2

分子細(xì)胞卓越中心孟飛龍研究員為本文通訊作者，哈佛大學(xué)醫(yī)學(xué)院劉小樂(lè)教授為共同資深作者。研究組的博士后劉曉靜及博士研究生劉婷婷、尚雅芳、代鵬飛為本文共同第一作者。該研究還得到了NIH癌癥研究中心的Rafael Casellas研究員、哥倫比亞大學(xué)的查珊教授、上海交通大學(xué)的Leng-Siew Yeap教授、北京大學(xué)的胡家志教授、中山大學(xué)的董俊超教授、分子細(xì)胞卓越中心周波研究員、上海師范大學(xué)的鄭小琪教授等的大力協(xié)助。

該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金等的經(jīng)費(fèi)支持，以及分子細(xì)胞中心GTP研究中心、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)平臺(tái)、細(xì)胞分析技術(shù)平臺(tái)和分子生物學(xué)平臺(tái)等的大力支持。

本文轉(zhuǎn)載自中國(guó)科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心官網(wǎng)