來源：生物世界 近日，西湖大學(xué)付向東教授團隊聯(lián)合加州大學(xué)圣地亞哥分校王棟教授團隊，在 Nature Communications 期刊發(fā)表了題為：Cockayne Syndrome Linked to Elevated R-Loops Induced by Stalled RNA Polymerase II during Transcription Elongation 的研究論文。 該研究以R-loop結(jié)構(gòu)為錨點，深入探討了CSB蛋白分別在小鼠和人源神經(jīng)元細胞基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄過程中的調(diào)控作用，揭示了CSB基因突變導(dǎo)致衰老以及癌癥的過程中可能存在共同病理機制。 研究團隊運用了R-ChIP、ChIP-seq、PRO-seq等高通量測序技術(shù)，并結(jié)合體外轉(zhuǎn)錄系統(tǒng)和機器學(xué)習(xí)算法，全面解析了CSB在轉(zhuǎn)錄調(diào)控和基因組穩(wěn)定性維持中的核心作用。他們發(fā)現(xiàn)，CSB缺陷會導(dǎo)致RNA聚合酶II（RNAPII）在轉(zhuǎn)錄延伸過程中，特別是在T-run序列區(qū)域出現(xiàn)暫停，進而引發(fā)R-loop（RNA-DNA雜合結(jié)構(gòu)）的形成，最終加劇基因組不穩(wěn)定性。 首先，研究團隊利用之前開發(fā)的R-loop高分辨率測序技術(shù)R-ChIP，分析發(fā)現(xiàn)CSB敲低導(dǎo)致R-loop數(shù)量和大小均增加。ChIP-seq數(shù)據(jù)顯示，CSB結(jié)合位點與R-loop和RNAPII暫停位點高度重合，尤其是在基因體（Gene bodies）內(nèi)。并且，CSB敲低導(dǎo)致RNAPII信號顯著減弱，這種現(xiàn)象在RNA 轉(zhuǎn)錄本3'端尤為明顯。此外研究團隊發(fā)現(xiàn)，許多由CSB敲低誘導(dǎo)新生成的R-loop都包含T-run序列。為驗證T-run序列導(dǎo)致RNAPII暫停的假設(shè)，他們設(shè)計了體外轉(zhuǎn)錄實驗并觀察到T-run序列確實引發(fā)了RNAPII暫停，而添加Rad26（CSB的酵母同源物）能顯著緩解這種暫停。 由于CSB缺陷與神經(jīng)病理學(xué)表型密切相關(guān)，因此研究團隊在多種來源的小鼠和人源神經(jīng)細胞進行轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)CSB敲低主要影響神經(jīng)元功能相關(guān)的長基因表達。在人源細胞中，這些基因表達顯著下調(diào)；而在小鼠細胞中，由于進化導(dǎo)致的內(nèi)含子長度差異，CSB敲低對小鼠基因表達的影響較為有限。上述跨物種的表型差異有助于回答為什么CSB基因突變在小鼠中主要引發(fā)癌癥，而在人類中卻導(dǎo)致早衰和嚴重的神經(jīng)發(fā)育缺陷的科學(xué)問題。 這項研究深入揭示了CSB通過幫助RNAPII克服轉(zhuǎn)錄障礙來維持基因組穩(wěn)定性的機制。當CSB缺失時，RNAPII在這些位點暫停，導(dǎo)致R-loop形成，進而引發(fā)基因組不穩(wěn)定。這一機制解釋了為何CSB缺陷在人類中主要影響神經(jīng)系統(tǒng)，而在小鼠中則主要導(dǎo)致癌癥。 更為重要的是，這項研究為理解衰老和癌癥之間的內(nèi)在聯(lián)系提供了全新視角。基因組不穩(wěn)定性作為衰老和癌癥的共同特征，而CSB通過精密調(diào)控R-loop形成來維持基因組穩(wěn)定，在這一過程中扮演了關(guān)鍵角色（圖1）。該研究也為探索基因組不穩(wěn)定性相關(guān)的衰老和癌癥的防治提供了新思路，有望通過精準調(diào)控R-loop形成從而減緩衰老進程或抑制癌癥發(fā)展。 該研究由西湖大學(xué)付向東課題組和加州大學(xué)圣地亞哥分校王棟課題組共同完成。加州大學(xué)圣地亞哥分校張璇博士、浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院/轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究院許軍研究員和電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院胡婧研究員為論文共同第一作者。付向東教授和王棟教授為本文的論文共同通訊作者。加州大學(xué)圣地亞哥分校張思韜博士、張東陽博士、中國科學(xué)院北京基因組研究所（國家生物信息中心）郝亞靜研究員和電子科技大學(xué)醫(yī)學(xué)院錢浩教授在該研究中有重要貢獻。