上海儿童医学中心研究团队发表研究成果，揭示DNA糖基化酶NEIL3在DNA链间交联损伤修复中的新功能

 

 

近日，国家儿童医学中心（上海）、上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心遗传分子诊断科研究团队在《Cell Reports》杂志发表了题为“NEIL3 contributes to the Fanconi Anemia/BRCA pathway by promoting the downstream double-strand break repair step（NEIL3依赖范可尼贫血通路促进下游双链断裂损伤的修复）”的研究论文。该研究发现NEIL3以依赖FA/BRCA通路的方式，位于FANCD2/FANCI复合物下游介导DNA末端切除从而促进同源重组修复DNA双链断裂损伤，以完成对丝裂霉素C和顺铂诱导的DNA链间交联损伤的修复。这是该团队继2020年在《Nucleic Acids Research》杂志发表题为“Cooperation of the NEIL3 and Fanconi anemia/BRCA pathways in interstrand crosslink repair（NEIL3协同范可尼贫血通路修复链间交联损伤）”的研究论文之后，在该领域的延续性研究成果。

DNA链间交联（DNA-ICL）是细胞内常见的一种DNA损伤，可由细胞内源性代谢物（如乙醛）以及临床上常见的化疗药物如丝裂霉素C（MMC）、铂类化合物（如顺铂，cisplatin）和补骨脂素（psoralen）等诱导形成。DNA-ICL可阻止DNA解旋，从而干扰DNA复制和转录并诱发严重的DNA损伤。为保证基因组的完整性，哺乳动物细胞进化出一套精细且复杂的系统来修复各种结构的DNA-ICL损伤，其中以范可尼贫血(Fanconi anemia, FA)通路（又称为FA/BRCA通路）最为重要。FA/BRCA通路缺陷可导致血液系统罕见遗传病范可尼贫血的发生，其临床主要表现为进行性骨髓衰竭、多发先天性畸形以及肿瘤易感等。因此，阐明DNA-ICL损伤的修复机制对理解范可尼贫血发生的病理生理过程以及开发潜在的治疗干预手段具有重要意义，亦可为肿瘤DNA损伤修复缺陷靶向治疗提供新的思路。

在该项工作中，研究团队首先发现敲除NEIL3可引起细胞对MMC和cisplatin敏感，并导致放射状和断裂染色体增加，复刻了FA样细胞表型；通过比较NEIL3单敲和NEL3/FANCA双敲模型的药物敏感差异，证实了NEIL3修复MMC-和cisplatin-ICL的生理过程依赖FA/BRCA通路。进一步的研究发现NEIL3在FA/BRCA通路中位于FANCD2/FANCI复合物下游，介导DNA-ICL“脱钩”后产生的DNA双链断裂（DSB）的修复。借助激光微束辐照（laser micro-irradiation）实验，研究人员确定位于C端的两个锌指结构域负责NEIL3被招募到DSB损伤位置。机制上，敲低NEIL3可导致DSB末端切除受阻，单链DNA水平降低，并引起细胞内同源重组（HR）水平显著下降，而非同源末端连接(NHEJ)水平增加。NEIL3的这一功能是通过与DNA末端切除关键蛋白CtIP、MRE11/RAD50/NBS1（MRN）复合物以及DNA2直接相互作用，并负责将它们招募到染色质和DNA损伤部位来实现的。同NEIL3招募到DSB相似，NEIL3与CtIP的相互作用由其C端的锌指结构域介导。至此，该研究阐明了NEIL3在DNA-ICL修复中的一个新的功能，即作为FA/BRCA通路的调控因子，在其下游通过促进DSB末端切除和HR完成MMC-和cisplatin-ICL的修复。

NEIL3修复MMC-ICL的分子示意图

上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心遗传分子诊断科李牛副研究员和博士生胥雨菲为论文第一/共同第一作者，王剑研究员和李牛副研究员为论文通讯/共同通讯作者。该研究受到国家自然科学基金、曙光人才计划、浦江人才计划等课题的资助。