Mol Cell丨组蛋白变体mH2A1.2泛素化是阻止RAD18毒性积累的分子刹车

撰文丨易

DNA复制是细胞增殖的核心过程，但基因组中某些区域（如常见脆弱位点、端粒和重复序列）由于复杂的二级结构或表观遗传修饰，容易在复制过程中发生停滞甚至坍塌，进而导致DNA双链断裂（DSBs）。为了应对这些挑战，细胞进化出了精细的修复机制，其中组蛋白变体及其翻译后修饰（PTMs）在调控修复因子招募中发挥关键作用。组蛋白变体macroH2A1.2（mH2A1.2）在难以复制的基因组区域（如常见脆弱位点CFSs）富集，并被认为能促进同源重组修复，但其具体机制尚不明确。

E3泛素连接酶RNF168通常通过泛素化组蛋白H2A的K13/K15（H2AK13/K15ub）来招募53BP1、BRCA1-BARD1和RAD18等修复因子，从而促进DNA损伤修复。然而，在复制压力下，RAD18的异常积累可能导致错误的DNA损伤耐受，甚至触发MUS81等核酸酶介导的复制叉切割，进而加剧基因组不稳定性。此前研究发现，mH2A1.2能调控BRCA1的招募并拮抗53BP1的作用，但其是否通过泛素化依赖的机制调控RAD18的活性仍不清楚。

近日，加拿大拉瓦尔大学Amélie Fradet-Turcotte团队在Molecular Cell期刊上发表题为Ubiquitination of the histone variant mH2A1.2 prevents toxic RAD18 accumulation at a subset of genomic loci upon replication stress的研究论文，揭示了组蛋白变体mH2A1.2通过RNF168介导的泛素化修饰，在复制压力下选择性阻止RAD18在基因组脆弱位点的异常积累，从而避免MUS81核酸酶介导的毒性DNA切割，维持复制叉稳定性和细胞存活的全新机制。

首先 ， 作者 通过重组核小体核心颗粒（NCPs）体外泛素化实验，验证了RNF168对mH2A1.2的泛素化作用，并利用突变体（如mH2A1.2K11R）分析泛素化位点的功能。通过GST pull-down实验，检测了53BP1、RAD18等修复因子与泛素化mH2A1.2-NCPs的结合能力。体外生化实验表明，RNF168能有效泛素化mH2A1.2，但与其他H2A变体（如H2A.Z）不同，泛素化的mH2A1.2-NCPs无法结合RAD18或53BP1，而RNF168和RNF169仍能与之相互作用。这一发现提示，mH2A1.2的泛素化可能通过空间位阻或构象变化选择性排斥某些修复因子，从而精细调控复制叉的修复路径。 本研究 首次阐明了RNF168介导的mH2A1.2泛素化（K11位点）在复制压力下阻止RAD18异常积累的分子机制。

在细胞模型中，采用CRISPR敲除mH2A1.2的U2OS细胞，通过免疫荧光观察HU处理后RAD18和γH2AX的焦点积累 。 结果表明 mH2A1.2敲除导致HU诱导的复制压力下RAD18和γH2AX焦点显著增加，且这些现象在晚期S/G2期尤为突出。利用LacO/lacR系统模拟复制叉阻滞，结合EdU标记和邻近连接技术（PLA）定位mH2A1.2与RAD18在复制叉上的共定位 ， 发现 mH2A1.2的缺失使RAD18在停滞的复制叉上异常积累，并伴随BRCA1招募减少和MUS81依赖性DSBs增加。值得注意的是，表达野生型mH2A1.2能恢复细胞对HU的抗性，而泛素化缺陷突变体（mH2A1.2K11R）则无法挽救这一表型，表明mH2A1.2的泛素化是其功能的关键。

进一步的遗传互作实验揭示，敲低RAD18或复制叉重塑因子（如HLTF、SMARCAL1）可完全挽救mH2A1.2 敲除 细胞的复制压力敏感性，而MUS81的敲低则部分恢复细胞存活并减少RAD18积累。这些数据 表明 ：在复制叉长期停滞时，mH2A1.2的泛素化通过阻止RAD18的毒性积累，避免MUS81介导的异常切割，从而维持复制叉的稳定性并促进其正确修复。

综上所述，本研究揭示了RNF168介导的mH2A1.2泛素化在人类癌细胞中的新功能——可阻止经历持续性复制阻滞的基因组位点异常招募RAD18，其无法结合含泛素化mH2A1.2的核小体。在细胞内，mH2A1.2泛素化缺失会导致坍塌复制叉处的RAD18和γH2AX水平升高，并增强细胞对复制压力的敏感性。通过敲除RAD18、复制叉重塑因子或核酸酶MUS81均可挽救这些表型，证实mH2A1.2泛素化能阻止RAD18在MUS81依赖性双链断裂位点的毒性结合。该发现阐明了在经历持续性阻滞的复制叉位点，mH2A1.2泛素化如何通过维持细胞活力来应对复制压力。 这一机制不仅解释了mH2A1.2在基因组脆弱位点的保护作用，也为癌症治疗中靶向复制压力应答提供了新的理论依据。

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2025.07.013

制版人： 十一

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