陳學(xué)峰教授課題組揭示表觀遺傳調(diào)控DNA同源重組的新機(jī)制
2021年5月30日，國際期刊《Advanced Science》(IF 15.8)在線發(fā)表我院遺傳學(xué)系、細(xì)胞穩(wěn)態(tài)湖北省重點實驗室陳學(xué)峰教授課題組最新研究成果，論文題目為“Yeast Bromodomain Factor 1 and Its Human Homolog TAF1 Play Conserved Roles in Promoting Homologous Recombination” (doi: 10.1002/advs.202100753)。該研究揭示了酵母溴結(jié)構(gòu)域家族蛋白Bdf1及其人類同源蛋白TAF1在促進(jìn)DNA同源重組修復(fù)中的保守功能與機(jī)制。
在真核生物中，DNA纏繞組蛋白八聚體形成核小體，并以核小體為基本單位高度壓縮形成染色質(zhì)。DNA的轉(zhuǎn)錄、復(fù)制和修復(fù)等過程均受到組蛋白翻譯后修飾的精密調(diào)控。由乙酰轉(zhuǎn)移酶NuA4/TIP60介導(dǎo)的組蛋白H4 氮端的乙?；揎椩谏鲜鲞^程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，但組蛋白乙酰化信號如何傳遞并調(diào)控DNA損傷修復(fù)過程尚不明晰。在真核生物中存在一類專門識別乙?；揎椀暮袖褰Y(jié)構(gòu)域(Bromodomain)的蛋白，目前對該類蛋白在DNA修復(fù)和維持基因組穩(wěn)定性中的功能了解的還十分有限。
該課題組以模式生物釀酒酵母為模型，通過篩選組蛋白乙?；嚓P(guān)蛋白，發(fā)現(xiàn)溴結(jié)構(gòu)域蛋白Bdf1與DNA損傷修復(fù)密切相關(guān)。敲除BDF1基因引起DNA末端加工、檢查點激活以及修復(fù)蛋白招募出現(xiàn)缺陷，從而導(dǎo)致細(xì)胞同源重組修復(fù)效率下降以及對DNA損傷藥物抗性降低。進(jìn)一步，作者揭示了Bdf1蛋白的溴結(jié)構(gòu)域在上述過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，并證明了Bdf1通過其溴結(jié)構(gòu)域結(jié)合染色質(zhì)上乙?；慕M蛋白H4。此外，作者還通過質(zhì)譜分析和生化實驗發(fā)現(xiàn)Bdf1與DNA修復(fù)蛋白RPA相互作用，并定位了介導(dǎo)互作的區(qū)域；阻斷Bdf1結(jié)合染色質(zhì)或者破壞其與RPA的相互作用都導(dǎo)致同源重組修復(fù)效率下降，并且二者表現(xiàn)出上位性效應(yīng)。然而，過量表達(dá)RPA能夠顯著回復(fù)上述突變體的重組缺陷。通過與喬治華盛頓大學(xué)裴華東課題組合作，作者將研究延伸到人類細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)Bdf1在人類細(xì)胞中的同源蛋白TAF1也具有促進(jìn)同源重組修復(fù)的功能，并證明了該機(jī)制在人類細(xì)胞中是保守的。由此，作者得出結(jié)論： DNA發(fā)生斷裂后，損傷位點附近的染色質(zhì)會發(fā)生NuA4/TIP60介導(dǎo)的H4乙?；?，Bdf1通過其溴結(jié)構(gòu)域結(jié)合乙?；娜旧|(zhì)；同時，Bdf1通過與RPA的直接互作促進(jìn)或穩(wěn)定RPA在染色體上的結(jié)合，從而促進(jìn)同源重組修復(fù)，且這一功能與機(jī)制高度保守。該項研究對于全面揭示組蛋白乙?；弯褰Y(jié)構(gòu)域家族蛋白在維護(hù)基因組穩(wěn)定性中的功能與機(jī)制具有重要意義。
我院博士生彭昊陽、張思敏以及喬治華盛頓大學(xué)彭奕涵博士為共同第一作者，陳學(xué)峰教授和喬治華盛頓大學(xué)裴華東教授為共同通訊作者，我校為第一作者單位。北京大學(xué)李晴教授和我院張興華教授實驗室參與了研究。該項成果得到了國家自然科學(xué)基金和武漢大學(xué)研究生院《遺傳學(xué)》課程項目的資助。
圖1 ?Bdf1偶聯(lián)H4乙酰化修飾和DNA重組修復(fù)過程
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