【Cell子刊】基因革命：北大魏文胜团队揭示DNA损伤修复新机制

【导读】保持基因组稳定性，对细胞平衡至关重要。在这项研究中，团队将CRISPR介导的碱基编辑与集合筛选技术相结合，确定了赖氨酸残基和蛋白质编码基因的大量突变。这些赖氨酸残基和基因的缺失，导致了对DNA损伤剂的敏感性或抗性。

2024年12月10日，北京大学生命科学学院魏文胜教授团队在期刊《Cell Reports》上发表了题为“Mapping functional elements of the DNA damage response through base editor screens”的研究论文。在这项研究中，团队发现了对DNA损伤反应的功能缺失突变和功能增益突变。C17orf53的K494突变破坏了它与RPA蛋白的相互作用，导致对顺铂的敏感性增加。此外，STK35是一种以前未被认识到的参与DNA损伤应答 (DDR) 通路的基因，这表明它可能在DNA修复中发挥着关键作用。

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(24)01398-6

CRISPR与DNA损伤反应

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最近，基于CRISPR的方法和筛选，已成为研究DDR机制的有力工具。Olivieri等人在视网膜色素上皮1（RPE1）细胞系中针对27种基因毒性药物进行了31次CRISPR-Cas9筛选，鉴定出890个与对DNA损伤药物的敏感性或耐受性相关的基因 。虽然这些研究为DDR所涉及的基因状况提供了一个整体视角，但前一项研究使用的是p53失活的工程化RPE1细胞系，限制了对p53在应对基因毒性应激时的作用的探索。在后一项研究中，研究重点仅限于特定基因或SNV。

在这项研究中，团队将CRISPR介导的碱基编辑与集合筛选技术相结合，全面分析了模型人类细胞系中赖氨酸残基突变和蛋白编码基因对DNA损伤因子的响应。

图形摘要

C17orf53的K494在DDR中发挥重要作用

02

C17orf53-K494突变体细胞在顺铂处理后经历了显著的 G2/M 停滞，表明这些细胞的ICL修复存在缺陷。此外，K494位于C17orf53的DNA结合域OB折叠中，K494突变可能会破坏ssDNA对其的招募。C17orf53-K494G明显阻碍了C17orf53和RPA1/2之间的相互作用。

这些数据表明，K494是新发现的C17orf53的一个关键残基，它的突变破坏了C17orf53与其上游因子RPA的相互作用，导致严重的ICL修复缺陷、G2/M细胞周期停滞以及对顺铂治疗的超敏性。

C17或f53的K494，对DDR至关重要

来自ICGC数据门户的癌症病例中，赖氨酸突变的表现形式

03

团队在赖氨酸_顺铂筛选中发现了106个选定的赖氨酸残基与35种癌症类型相关，在赖氨酸_IR筛选中发现了110个赖氨酸残基与34种癌症类型相关。两个文库中都有标为红色的重叠位点，包括TP53-K120和TP53-K351等已被充分研究的残基。这一发现凸显了这些突变在癌症患者中的重要作用，并为制定明智的临床治疗策略提供了宝贵的路线图。这两个文库中与ICGC相关的位点并不一致，这反映了顺铂和IR的不同作用机制。

已确定赖氨酸位点的临床意义

总结

04

1. 研究方法创新：利用CRISPR介导的碱基编辑和集合筛选技术，广泛分析人类细胞系中赖氨酸残基突变和蛋白质编码基因对DNA损伤剂的反应，精确鉴定功能性蛋白质残基。

2. 发现新的DNA修复因子：通过基因KO筛选，识别出未表征的DNA修复因子和成熟基因，增强了对DNA损伤反应（DDR）机制及其在人类病理学中的影响的理解。

3. STK35的潜在生物标志物：发现高度保守基因STK35，其KO会增加细胞对顺铂的敏感性，提示其可能作为结直肠癌的肿瘤生物标志物。

4. 蛋白质修饰的重要性：识别出TP53和CHEK2等成熟基因在DNA损伤修复中的关键作用，特别是赖氨酸残基的乙酰化位点（如CHK2的K235和p53的K120），对调节细胞凋亡功能至关重要。

5. FA修复途径的作用：确认FA修复途径在顺铂诱导的交联（ICL）反应中的重要性，发现多个与FA通路相关的因子及其赖氨酸残基突变可能导致对DNA损伤因子的敏感性增加。

6. C17orf53的角色：强调C17orf53在HR过程中的重要性，K494突变可能增强肿瘤细胞对顺铂的敏感性，为顺铂化疗提供了新的治疗靶点。

参考资料：

1.Gupta, D. ∙ Heinen, C.D.

The mismatch repair-dependent DNA damage response: Mechanisms and implications

DNA Repair. 2019; 78:60-69

2.Lindahl, T. ∙ Barnes, D.E.

Repair of Endogenous DNA Damage

Cold Spring Harbor Symp. Quant. Biol. 2000; 65:127-133

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