Mol Cell | 任捷等发现，Dcr1在复制应激和修复途径选择的位点感应R-环终止RNAPII
2025-10-31
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iNature 2025年10月28日，中国科学院上海生物化学与细胞生物学研究所任捷、美国冷泉港Rob Martienssen共同通讯在Molecular Cell（IF=16.6）在线发表题为“Dcr1 senses R-loops for RNAPII termination at sites of replication stress and repair pathway choice”的研究论文，该研究发现Dcr1在复制应激和修复途径选择的位点感应R-环终止RNAPII。 该研究利用裂殖酵母的紧凑基因组和与Dcr1的非常规功能相关的终止缺陷，揭示了停滞RNAPII的识别和释放机制。通过双重识别，Dcr1感知难以终止的上下文—停滞的RNAPII和累积的R-loops—并招募终止因子Dhp1以确保高效的RNAPII释放。这种机制的失败导致阻碍复制叉的终止缺陷，迫使DNA聚合酶δ(DNAPδ)介导的复制叉在停滞位点重新启动。此外，Dcr1通过重新利用其与Rad51的杂交识别能力来促进基因组的稳定性，从而使DNA修复偏向高保真同源重组。该工作定义了一个关键的染色质背景和控制RNAPII终止的机制，建立了Dcr1作为一个分子中枢，直接将转录终止的保真度与复制和修复过程中基因组的稳定性结合起来。
RNA聚合酶II (RNAPII)在穿过染色质的过程中面临许多挑战，特别是在其终止阶段。不适当的终止会导致停滞RNAPII复合物的积累，对共享染色质模板的其他分子机制造成重大障碍。值得注意的是，当复制叉遇到这些停滞RNAPII复合物时，可能需要叉重启机制来完成复制。失败的重启会导致DNA损伤，需要后续的修复过程。同时，RNAPII的长期保留也可能促使蛋白酶体复合物的募集，以便最终降解。然而，在诉诸降解之前，出现了一个基本问题:如何感知和释放暂时停滞的RNAPII复合物？
与转录起始调控的广泛知识相比，我们对转录终止的了解仍然有限。虽然切割和多聚腺苷酸化(CPA)机制的3’末端切割涉及大多数终止事件，但需要额外的反式作用因子。此外，根据转录水平和染色质环境，可能会对常见终止机制进行不同的调整，以满足不同基因的特定要求。在诸如粟酒裂殖酵母(s.pombe)、酿酒酵母(S. cerevisiae)和人(H. sapiens)中，来自S. pombe的核酸外切酶Dhp1在“torpedo”模型中作用，将RNAPII从模板中驱逐出去。其他机制，如变构模型或两者的结合，也有助于对RNAPII终止的理解。然而，由于Dhp1在广泛的基因中使用，可能需要额外的调节因子来促进其在难以终止的特定位点的功能。
机理模式图（图源自Molecular Cell ）
该研究表明，在裂殖酵母中，Dicer蛋白家族成员Dcr1超越了其经典的RNAi功能，作为一个分子枢纽协调着基因组的稳定性。它通过识别基因组上的R-loop结构，促进 RNA 聚合酶 II（RNAPII）的释放，从而避免转录复制碰撞（transcription-replication conflict，TRC）的发生，协调转录与复制过程；另一方面，Dcr1通过结合双链断裂位点的DNA:RNA杂交链，引导细胞采用高保真的同源重组（Homologous Recombination, HR）修复途径完成DNA损伤修复，维护基因组稳定。
总之，该研究揭示了细胞识别和管理RNAPII及时释放的机制，最大限度地减少TRC，并最终有助于维持基因组的稳定性。Dcr1作为这一功能的范例出现，作为转录、复制和修复交叉点的中央协调者。该工作定义了一个直接的因果通路，转录终止失败导致复制叉停滞，最终导致S期特异性DNA损伤。至关重要的是，证明了这整个级联依赖于停滞RNAPII的存在。通过解剖Dcr1的功能域并阐明其作用模式，为保护基因组稳定性的基本过程提供了机制见解，为减轻转录应激诱导的基因组不稳定性提供了有希望的途径。
