2023年8月9日，MK体育平台生物醫學研究院/附屬腫瘤醫院陳飛課題組與浙江大學陸華松課題組合作，在Nature雜誌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復合物與單鏈DNA識別復合物SOSS穩定結合並形成SOSS-INTAC復合物；該復合物以凝聚體的形式通過調控細胞內R-loop的水平維持基因組穩定性。
高等生物中，由RNA聚合酶II (Pol II)介導的轉錄是一個高度動態的過程，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的窗口內發生短暫暫停，並面臨兩種命運選擇——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，前者由蛋白激酶復合物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復合物調控，會導致該輪轉錄過程的提前結束。因此，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，相比於人們對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製仍存在很多未解之謎。
基因轉錄過程中產生的新生RNA（nascent RNA）可以與打開的雙鏈DNA中的模板鏈發生堿基互補配對，形成RNA:DNA雜交鏈。RNA:DNA雜交鏈與未配對的單鏈DNA（single-strand DNA, ssDNA）所形成的三鏈核酸結構被稱為R-loop。R-loops結構穩定，通常富集於Pol II發生較高水平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會阻礙復製叉前行，誘發轉錄與復製沖突。因此，R-loop水平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產生的副產物，人們對於基因轉錄機器如何調控R-loop水平和維持基因組穩定性的機製並不清楚。
陳飛團隊在分析INTAC的蛋白互作質譜結果時發現，INTAC與一個單鏈DNA識別復合物SOSS（Sensor of Single-Strand DNA）存在非常強的相互作用。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內外的生物化學以及基因組學等實驗手段證明了SOSS-INTAC復合物在染色質上的穩定存在。
進一步的研究發現，SOSS-INTAC復合物主要結合在基因的啟動子區域。SOSS中的ssDNA識別蛋白會誘導SOSS-INTAC與ssDNA結合，並促進SOSS-INTAC復合物在染色質上的招募及發揮轉錄早期終止的功能。機製研究表明，SOSS-INTAC在染色質上的結合依賴於R-loop結構中的ssDNA。識別R-loops之後，SOSS-INTAC通過其RNA核酸內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，從而實現維持基因組穩定性的功能。最後，研究者還發現SOSS-INTAC在細胞內以生物大分子凝聚體的形式存在，並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識別能力，以生物大分子凝聚體的形式通過識別轉錄過程產生的R-loop結構中的ssDNA將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，抑製染色質上R-loops過度積累，從而維持細胞內的基因組穩定性。
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復合物SOSS-INTAC，並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。
MK体育平台附屬腫瘤醫院博士後徐從玲（即將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，MK体育平台生物醫學研究院原博士後、MK体育平台附屬腫瘤醫院助理研究員陳吉偉，MK体育平台生物醫學研究院21級直博生熊燕為本研究共同第一作者。MK体育平台生物醫學研究院/附屬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。
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https://www.nature.com/articles/s41586-023-06515-5
