Investigation of the new factors regulating transcription-associated DNA double-strand break repair

转录相关DNA双链断裂修复调控新因子的研究

基本信息

批准号：
21H03597
负责人：
安原崇哲
金额：
$ 11.15万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H03597/
关键词：
染色体転座 DNA修復転写がんゲノム異常 DSB修復 R-loop ゲノム安定性 RAP80

项目摘要

ゲノム中の転写領域では、R-loop構造とよばれるDNA-RNAハイブリッド二重鎖と一重鎖DNAからなる特殊な核酸構造を起点としてDNA二重鎖切断（DSB）を正確に修復する。これまでに我々のグループは、S/G2期において転写共役型相同組換え修復がこれらのDSBを正確に修復していることを明らかにしてきた（Yasuhara et al. Cell 2018）。しかしながら、静止期においてこれらのDSBがどのように修復されているかについては分かっていなかった。転写共役型DSB修復に関連する新たな因子として、データベースを用いたスクリーニングから、ユビキチン鎖に結合する分子RAP80を同定した。RAP80欠損細胞ではR-loop構造の不安定化によるゲノム異常の増加が示唆されたため、一重鎖DNA部位の挙動の追跡を行った。その結果、RAP80欠損細胞ではR-loop内の一重鎖DNA部位が不安定化していることが判明した。つまり、RAP80が一重鎖DNAの安定化に寄与することが示された。また、このRAP80によるR-loopの安定化は、特に細胞周期のG1期においてBRCA1, Polθ, LIG1/3などが関与する転写共役型末端結合（TA-EJ）を誘導し、DSBを迅速に修復していることが明らかとなった。これらのことから、転写活性化部位に生じたDSBはR-loopを誘導するが、R-loop内の一重鎖DNAはRAP80の機能によってヌクレアーゼから保護され、TA-EJが転写活性化部位のゲノム安定性に重要な役割を果たしているというモデルが考えられた（Yasuhara et al. Cell Rep 2022）。今年度は転写共役型DSB修復に関連する因子のスクリーニングと、RAP80をDSB部位へ誘導する因子の同定を目指して研究を進めた。

在基因组的转录区域，DNA双链断裂（DSB）利用一种称为R环结构的特殊核酸结构进行精确修复，该结构由DNA-RNA杂合双链和单链DNA组成，作为起点。我们的团队之前已经证明，转录偶联同源重组修复可以在 S/G2 期准确修复这些 DSB（Yasuhara et al. Cell 2018）。然而，目前尚不清楚这些 DSB 在稳定阶段是如何修复的。通过数据库筛选，我们发现RAP80（一种与泛素链结合的分子）是与转录偶联DSB修复相关的新因子。由于 R 环结构不稳定，RAP80 缺陷细胞被认为基因组异常增加，因此我们追踪了单链 DNA 位点的行为。结果表明，RAP80 缺陷细胞中 R 环内的单链 DNA 位点不稳定。即，表明RAP80有助于单链DNA的稳定化。此外，RAP80 的 R 环稳定性诱导涉及 BRCA1、Polθ、LIG1/3 等的转录偶联末端连接 (TA-EJ)，特别是在细胞周期的 G1 期，并快速修复 DSB。确实如此。从这些事实来看，在转录激活位点产生的 DSB 诱导 R 环，但 R 环内的单链 DNA 通过 RAP80 的功能受到核酸酶的保护，并且 TA-EJ 在转录激活位点诱导 R 环考虑了一个在稳定性中发挥重要作用的模型（Yasuhara 等人，Cell Rep 2022）。今年，我们进行了研究，目的是筛选与转录偶联 DSB 修复相关的因子，并鉴定诱导 RAP80 到达 DSB 位点的因子。