Cell Reports | 华中农业大学严顺平/王利利团队揭示植物调控复制胁迫应答的新机制

责编 | 王一

精确的DNA复制是细胞增殖的基础。然而，DNA复制会受到各种因素（例如DNA损伤、dNTP缺乏等）的干扰，导致DNA复制胁迫，从而威胁基因组稳定性。为了应对这些挑战，细胞会激活复制胁迫应答机制，包括诱导细胞周期停滞、稳定复制叉、增加dNTP的合成等。

进化上高度保守的蛋白激酶ATR是真核生物应答复制胁迫的核心调控蛋白之一。但是植物ATR调控复制胁迫应答的机制还不太清楚。在前期的研究中，华中农业大学严顺平/王利利团队发现植物ATR通过下游蛋白激酶WEE1来抑制E3泛素连接酶FBL17 (SOAT1)、多效调节蛋白PRL1 (SOAT2)和翻译抑制因子GCN20 (SOAT3)来暂停细胞周期进程。

dNTPs是DNA复制和DNA修复的原料。核糖核苷酸还原酶（RNR）是催化dNTP合成的限速酶。在动物和酵母中的研究发现RNR在转录和转录后水平受到精准调控。拟南芥RNR由1个大亚基（RNR1） 和3个小亚基（TSO2，RNR2A，RNRN2B）组成，其中TSO2起主要作用。TSO2的突变会导致植物生长和DNA修复的缺陷。目前，植物调控RNR的机制尚不清楚。

近日，严顺平/王利利团队在国际著名期刊Cell Reports发表了题为Protein kinase ATR inhibits E3 ubiquitin ligase CRL4PRL1to stabilize ribonucleotide reductase in response to replication stress的研究论文，发现ATR除了诱导细胞周期停滞之外，还可以通过增强dNTP合成来调控复制胁迫应答。

在该研究中，作者通过激活标签法筛选拟南芥atr突变体的抑制子（soat），发现soat4可以部分抑制atr突变体对复制胁迫的超敏感性。进一步研究发现，soat4的表型是TSO2表达量增加引起的；TSO2与PRL1相互作用；PRL1通过Cullin4介导的E3泛素连接酶CRL4 PRL1 多聚泛素化TSO2，促进TSO2通过26S蛋白酶体途径被降解。结合之前的研究, 作者认为ATR-WEE1通过负调控CRL4 PRL1 提高了TSO2的蛋白稳定性，从而促进dNTP的合成。综上所述，本研究发现了植物调控复制胁迫应答的新模块ATR-PRL1-RNR，揭示了植物RNR蛋白在翻译后水平被调控的机制。鉴于这些蛋白在真核生物中的高度保守性，ATR-PRL1-RNR调控模块也可能在其他真核生物中发挥作用。

ATR-PRL1-RNR工作模型

该团队的博士研究生包伟怡为论文的第一作者，严顺平教授和王利利研究员为共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、华中农业大学-中国农业科学院深圳农业基因组研究所合作基金等项目的资助。

据悉，严顺平教授于2014年回国后开始研究植物DNA损伤应答机制，取得了系统性的研究成果：（1）揭示了ATR-WEE1调控复制胁迫应答的机制（Pan et al, 2021; Wang et al, 2021; Pan et al, 2023; Chen et al, 2023；Bao et al，2023）；（2）揭示了转录因子SOG1调控DNA修复的机制（Wang et al, 2022; Yu et al, 2023）;（3）揭示了SMC5/6协同调控细胞周期暂停和DNA损伤修复的机制（Wang et al, 2018; Chen et al, 2021; Li et al, 2023）。这些研究大大丰富了人们对植物DNA损伤应答的认识。

本研究团队近5年学术成果汇

参考文献：

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