Molecular Cell：53BP1在同源重组末端切除前后的功能

来源：BioArt

DNA双链断裂（DNA double strand breaks, DSBs）是最严重的DNA损伤之一，在哺乳动物中，其修复主要通过同源重组(Homologous recombination, HR)和非同源末端链接(Non-homologous end joining, NHEJ) 两个途径。HR利用姐妹染色单体的同源序列作为模版进行修复，是一种无错的DSB修复途径；而NHEJ将DNA断端直接连接，不需要重组DNA断端之间具有同源性，是一种易出错的DSB修复途径。HR和NHEJ竞争性的对DSB进行修复。53BP1, RIF1, PTIP, REV7及近期新发现的Shieldin组成的大蛋白质复合物可以保护DNA断端，从而防止核酸酶对其进行剪切【1,2】。这个过程会促进NHEJ对钝化的或有极短突出端的DNA断端进行连接。

BRCA1能够抵消53BP1对DNA断端的阻断活性。这使得核酸酶(如EXO1, DNA2)能够对DNA末端进行充分的切除，产生一长段RPA包裹的单链DNA（single strand DNA, ssDNA）以阻止NHEJ的发生。此外，BRCA1还通过招募PALB2和BRCA2将重组酶RAD51加载到ssDNA上以取代RPA来启动HR。BRCA1功能缺失会导致RAD51依赖性HR缺陷、NHEJ的不当激活、基因组不稳定和癌症易感性，这些都可以通过失活53BP1复合物进行恢复【3,4】。但是，目前尚不清楚这个现象的产生是因为末端切除的恢复还是RAD51加载的恢复，还是两者皆有。

2019年10月22日，美国癌症研究中心的André Nussenzweig（日前刚刚当选为美国医学科学院院士，目前正在苏州参加基因组稳定性与表观遗传调控国际会议）课题组（共同第一作者为Elsa Callen和宗大力）在Molecule Cell上发表了一篇题为“53BP1 Enforces Distinct Pre- and Post-Rep Blocks on Homologous Recombination”的文章，对上述问题的答案进行了探索。

通过运用遗传学和多种细胞生化学研究手段，作者发现末端切除和Rad51招募这两个过程在HR过程中并不功能性偶联，并且53BP1利用不同的效应分子来阻断末端切除和RAD51的加载（下图）。具体来说，53BP1通过PTIP抑制DNA2和RIF1/Shieldin抑制EXO1。破坏PTIP与53BP1的互作可恢复BRCA1缺陷细胞中的末端切除的能力，而破坏RIF1/Shieldin与53BP1的互作或RIF1/Shieldin的失活可同时恢复BRCA1缺陷细胞中的末端切除及RAD51加载的能力。这些结果揭示了之前未知的53BP1在末端切除后通过Shieldin对RAD51加载进行直接阻断的全新功能。更有趣的是，BRCA1也通过不同的结构域促进末端切除和RAD51加载，从而对53BP1进行拮抗（下图）。 

Shieldin是由SHLD1,SHLD2和SHLD3组成的复合物。SHLD2包含一个OB折叠结构域，ssDNA结合蛋白通常也具有该结构域，包括RPA,BRCA2和POT1【1】。之前的研究已证实SHLD2可以与ssDNA结合，但这种相互作用的作用尚不清楚【5-7】。自SHLD2发现以来，该领域一直存在着一个无法回答的问题，如果需要先进行末端切除以产生ssDNA，为什么ssDNA结合蛋白复合物会参与末端切除的阻断过程，这被称为Shieldin悖论【2】。53BP1通过Shieldin阻断RAD51加载的发现无疑为解释这一问题提供了令人信服的答案，并表明仅单纯的修复末端切除并不足起始BRCA1缺陷细胞中的HR过程。 

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2019.09.024 

参考文献

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