徐圖南, 郭燕君, 潘巍巍*

(1)浙江工業(yè)大學藥學院, 杭州 310014;2)嘉興學院醫(yī)學生物實驗室, 浙江 嘉興 314001)

DNA復制是DNA聚合酶采用半保留的方式合成雙鏈DNA(double-stranded DNA,dsDNA)的過程,而基因轉(zhuǎn)錄則是RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)利用dsDNA中的一條鏈為模板合成RNA的過程。在轉(zhuǎn)錄過程中,新生的RNA鏈緊鄰DNA模板鏈,促進了 RNA:DNA雜交體的形成,導致 DNA 鏈的置換[1]。雜交體與非模板鏈一起形成了R環(huán)結構。R環(huán)作為關鍵中間體參與多個生理學過程,然而不受調(diào)控的R環(huán)通過干擾DNA復制和dsDNA斷裂(double-strand break,DSB)修復過程,破壞基因組的穩(wěn)定性,嚴重時可引發(fā)癌癥。多種解旋酶能及時分解細胞生理過程中產(chǎn)生的R環(huán),防止R環(huán)積累,例如Senataxin(SETX)發(fā)生突變將引發(fā)由R環(huán)代謝失調(diào)引起的神經(jīng)退行性疾病。本文簡要介紹了R環(huán)對基因組穩(wěn)定性的影響及R環(huán)相關疾病。

1 R環(huán)的定義和分類

1.1 R環(huán)的定義

R環(huán)是指在轉(zhuǎn)錄過程中,某些基因轉(zhuǎn)錄形成的mRNA分子難與模板鏈分離時,mRNA取代非模板鏈與模板鏈復性形成RNA:DNA雜交體,這種雜交體與非模板鏈一起形成R環(huán)結構(Fig.1)。

Fig.1 The structure of the R-loop An R-loop is a three-stranded nucleic acid structure that consists of a RNA: DNA hybrid and a displaced strand of DNA

1.2 R環(huán)的分類

R環(huán)可分為兩種類型:生理性R環(huán)和病理性R環(huán)。生理性R環(huán)作為關鍵中間體在細胞生理過程中自然形成,參與DNA復制、轉(zhuǎn)錄、基因表達調(diào)控和免疫球蛋白類轉(zhuǎn)換重組等過程。而持續(xù)存在未被及時分解的生理性R環(huán)就會轉(zhuǎn)化為病理性R環(huán),它能誘導DNA損傷和基因組重排。

2 影響R環(huán)形成的因素

2.1 促進R環(huán)形成和穩(wěn)定的因素

R環(huán)是調(diào)節(jié)基因組動力學多個過程所需要的中間體,它參與了DNA復制、轉(zhuǎn)錄以及其他許多生理過程,因此,促進R環(huán)的形成對于細胞正常的生理活動具有十分重要的意義。促進R環(huán)的形成與穩(wěn)定主要與以下4個因素有關。

2.1.1 位于轉(zhuǎn)錄泡內(nèi)的非模板鏈DNA含有豐富的G堿基 研究發(fā)現(xiàn),R環(huán)通常在富含G堿基的非模板鏈處形成。體外研究表明,當G堿基在非模板鏈上呈簇分布時,顯著促進了R環(huán)的形成[2]。在R環(huán)形成過程中,非模板鏈上富含G堿基的區(qū)域也能促進R環(huán)的延伸[2]。這些研究均提示,富含G堿基的RNA鏈和富含C堿基的DNA鏈之間形成的穩(wěn)定的RNA:DNA雜交體是R環(huán)形成的重要原因。

2.1.2 置換鏈上形成DNA二級結構 在被置換的DNA鏈上形成的DNA二級結構也能進一步穩(wěn)定R環(huán)結構。G-四鏈體是由富含鳥嘌呤序列的DNA通過Hoogsteen氫鍵連接而成[3]。在免疫球蛋白類轉(zhuǎn)換重組過程中,G-四鏈體可以在免疫球蛋白基因組形成的R環(huán)中產(chǎn)生,通過阻礙兩條DNA鏈復性穩(wěn)定R環(huán)結構[4]。DNA結合蛋白質(zhì)也可以通過結合被置換的DNA鏈穩(wěn)定R環(huán)[5]。

2.1.3 RNAP后積累的負超螺旋 Stolz等人[6]通過建立數(shù)學模型來研究R環(huán)形成的理想環(huán)境,發(fā)現(xiàn)R環(huán)能吸收負超螺旋的能量,緩解DNA分子內(nèi)部的張力以促進R環(huán)的形成和穩(wěn)定。RNA:DNA雜交體在熱力學上比DNA單鏈更穩(wěn)定,這可能是由于其構象處于A型和B型之間[7]。

2.1.4 轉(zhuǎn)錄區(qū)附近存在的DNA切口 出現(xiàn)在啟動子下游的DNA缺口也有助于R環(huán)的形成。在轉(zhuǎn)錄過程中,dsDNA被RNAP短暫解開,在延伸的RNAP后面退火。而DNA非模板鏈上缺口的存在降低了退火的效率,從而增加了模板鏈與新生的RNA鏈雜交的可能性[8]。

2.2 抑制R環(huán)形成的因素

除上述促進R環(huán)形成和穩(wěn)定的因素外,細胞還通過利用特異的核酸酶分解R環(huán),利用RNA/DNA解旋酶分解R環(huán)中RNA:DNA雜交體,或利用DNA拓撲異構酶Ⅰ(topoisomeraseⅠ,topoⅠ)影響負超螺旋的數(shù)量等方式調(diào)控R環(huán)的形成和積累(Table 1)。

Table 1 Proteins involved in suppression and resolution of R-loops and RNA:DNA hybrids

2.2.1 RNA/DNA解旋酶SETX是最具特性的R環(huán)分解酶之一SETX在不同物種中都是保守的,它的名字來源于酵母Sen1蛋白,它們的解旋酶結構域有很高的同源性。有關酵母的研究表明,Sen1在RNA或DNA上移動能高效地分解R環(huán)[9]。在酵母和人體細胞中的廣泛研究表明,與Sen1/SETX失活相關的主要表型有兩種:編碼和非編碼RNA的加工和轉(zhuǎn)錄終止功能受損,以及由于非預定的重組事件而導致的DNA損傷積累。這些現(xiàn)象提示,SETX在調(diào)控R環(huán)形成和修復DNA損傷過程中發(fā)揮了重要作用。SETX能去除轉(zhuǎn)錄終止位點上積累的R環(huán)(Fig.2)。這種末端R環(huán)可以在轉(zhuǎn)錄終止時誘導RNAP II暫停,隨后被SETX分解,以便釋放新生的RNA分子[10]。若末端R環(huán)未被及時分解,將導致復制叉受阻和DNA損傷。在酵母Sen1突變體中,通過全基因組分析和位點特異性分析,發(fā)現(xiàn)R環(huán)也在編碼基因處積累[11]。Sen1也存在于移動的復制叉中,這表明它可能會分解在復制-轉(zhuǎn)錄碰撞過程中積累的R環(huán)(Fig.2)[12]。此外,SETX負載在 DSB上可以防止R環(huán)的積累和染色體的重排(Fig.2)[12]。以上結果表明,解旋酶SETX在多個生理過程中分解 R 環(huán)。

Fig.2 Senataxin and its anti-R-loop activity Senataxin dissolves R-loops at transcription termination sites (left panel), during replication-transcription conflicts (central panel) and at DSBs (right panel)

2.2.2 DEAD-box解旋酶5(DEAD-box helicase 5,DDX5)可以解開RNA:DNA雜交體破壞R環(huán) 研究發(fā)現(xiàn),DDX5通過其RGG/RG基序在轉(zhuǎn)錄終止區(qū)與核酸外切酶5′-3′ exoribonuclease 2(XRN2)相互作用以分解R環(huán)[13]。RGG/RG基序被蛋白質(zhì)精氨酸甲基轉(zhuǎn)移酶甲基化后,DDX5才能與XRN2相互作用,并且甲基化也有助于促進R環(huán)的分解[13]。DDX5的酵母同源物Dbp2在體外也具有RNA解旋酶活性,Cloutier等人[14]發(fā)現(xiàn),R環(huán)的積累與Dbp2的缺失有關。

2.2.3 核糖核酸酶H(ribonuclease H,RNase H)能分解RNA:DNA雜交體中的RNA部分,是去除體內(nèi)R環(huán)的關鍵 RNase H普遍存在于原核生物和真核生物中,在進化過程中是保守的,是目前唯一已知的分解雜交體中RNA的特異性核糖核酸酶,并且在RNase H缺失的細胞中檢測到R環(huán)的水平顯著增加[15]。真核細胞具有單體H1和異源三聚體H2兩種類型的RNase H,利用5′→3′外切酶活性從R環(huán)中去除RNA。

2.2.4 topoⅠ通過影響負超螺旋的積累來調(diào)控R環(huán)的形成 在大腸桿菌中的研究表明,topoⅠ去除轉(zhuǎn)錄誘導產(chǎn)生的負超螺旋后,R環(huán)的水平顯著下降[16]。此外,另一項關于大腸桿菌的研究發(fā)現(xiàn),topoⅠ還能抑制R環(huán)的形成,避免R環(huán)大量積累。大腸桿菌中RNase H1的缺失將導致DNA復制起始于R環(huán),這個過程被稱為組成型穩(wěn)定DNA復制(constitutive stable DNA replication,CSDR)。在缺乏topoⅠ的細胞中,發(fā)現(xiàn)R環(huán)積累和CSDR增多,表明topoⅠ通過抑制R環(huán)的形成和積累在調(diào)控基因組穩(wěn)定性中發(fā)揮作用[17]。

3 R環(huán)對基因組穩(wěn)定性的作用

R環(huán)導致DNA損傷的機制尚不清楚。由于R環(huán)中存在未被配對的單鏈DNA,因此,被認為是不穩(wěn)定的結構。然而,單鏈DNA在R環(huán)的結構中是如何排列的仍不完全清楚。研究表明,復制蛋白A(replication protein A,RPA)與R環(huán)的單鏈DNA部分結合,并激活了RNase H1的活性[18]。此時,R環(huán)的單鏈DNA易于形成不穩(wěn)定的發(fā)卡結構和G-四鏈體結構(Fig.3)。Su等人[19]研究發(fā)現(xiàn),DNA脫氨酶能靶向R環(huán)的單鏈DNA,將胞苷轉(zhuǎn)化為尿嘧啶,引發(fā)DNA突變并最終導致DNA斷裂。R環(huán)還被證明通過干擾DNA復制和DSB修復等過程,破壞基因組的穩(wěn)定性。

Fig.3 Physical properties and features that foster persistent R-loops R-loops are formed co- transcriptionally during RNA synthesis and are characterized by a three-stranded structure: an RNA:DNA hybrid duplex (RNA in light yellow) and a displaced ssDNA strand. Due to the G-rich nature of R-loop-prone sequences, the ssDNA strand could assume secondary structures such as hairpins or G-quadruplexes that contribute to the stability of the R-loop

3.1 R環(huán)對DNA復制過程的影響

眾所周知,停滯的復制叉是一種不穩(wěn)定的結構,經(jīng)脫氧核糖核酸酶(deoxyribonuclease,DNase)處理后將導致染色體的斷裂和重排。早期研究發(fā)現(xiàn),同時進行的DNA復制與基因轉(zhuǎn)錄之間會產(chǎn)生沖突,表現(xiàn)為復制叉與RNAP之間同方向運動時的同向碰撞或反方向運動時的頭對頭碰撞。最近的研究表明,復制-轉(zhuǎn)錄沖突的嚴重程度與R環(huán)的積累有關。Sen1解旋酶失活的酵母中,可以觀察到R環(huán)在復制-轉(zhuǎn)錄沖突位點的積累[20]。García-Rubio等人[21]比較了細菌、酵母和人中復制-轉(zhuǎn)錄頭對頭碰撞和同向碰撞的位點處積累R環(huán)的情況,發(fā)現(xiàn)復制-轉(zhuǎn)錄頭對頭碰撞時,R環(huán)會引起復制叉停滯和基因組不穩(wěn)定(Fig.4)。在頭對頭碰撞過程中,R環(huán)和被R環(huán)阻滯的RNAP都有阻擋復制叉前進的可能。事實上,即使R環(huán)未阻礙復制叉的前進,轉(zhuǎn)錄過程本身也可能導致復制叉受阻[22]。這說明,引起復制叉受阻原因可能是多方面的。

Fig.4 The influence of R-loops on DNA replication In the case of head-on collisions, the R-loop causes replication fork arrest and genome instability

R環(huán)一方面直接或間接地使復制叉受到阻滯,另一方面又能啟動DNA的合成,并且R環(huán)在真核細胞中啟動DNA合成的功能可能是保守的。研究表明,在缺乏RNase H的酵母細胞中,DNA重復位點上持續(xù)存在的R環(huán)能觸發(fā)與DNA損傷相關的復制事件[23]。持續(xù)存在的R環(huán)還能間接地促進斷裂誘導復制(break-induced replication, BIR)。BIR是一種依賴同源序列模板進行DNA合成并修復的過程,專門修復單一末端的DSB[24]。在BIR過程中,DSB的雙鏈末端首先被加工成3′-單鏈末端并結合重組酶RAD51 recombinase(RAD51),然后重組酶驅(qū)動單鏈DNA尋找并侵入同源序列,并以同源序列作為模板合成新的DNA。在酵母細胞中,BIR能導致重復擴增并積累致死性修復的中間產(chǎn)物,從而損害了其抗R環(huán)功能[25]。在人體細胞中,存在一種類似BIR的機制調(diào)控一種非常規(guī)的DNA合成模式。該模式在處于有絲分裂狀態(tài)的細胞中被激活,在脆性位點延遲完成DNA復制[26]。盡管該機制的病理和生理意義仍然存在爭議,但這一機制在復制應激條件下是普遍存在的,并且在缺乏RNase H1的細胞中,積累的R環(huán)能促進該機制。以上結果表明,R環(huán)對DNA復制過程的作用是比較復雜的。

3.2 R環(huán)對DSB修復的作用

R環(huán)在DSB修復中的生理和病理作用仍然存在爭議,比較常見的觀點認為,短暫存在的R環(huán)有助于DSB修復,而持續(xù)存在的R環(huán)會干擾修復過程的進行。

3.2.1 短暫存在的R環(huán)有助于DSB修復 DSB是細胞體內(nèi)最嚴重的DNA損傷,可以導致一系列的遺傳改變,包括DNA缺失、雜合性丟失、易位和染色體丟失等。例如在酵母細胞中,一處不可修復的DSB會導致DNA損傷檢查點的激活和細胞凋亡[22]。DSB修復主要通過兩種途徑進行,一種是同源重組(homologous recombination,HR),另一種途徑是非同源末端連接(non-homologous end joining,NHEJ)。HR是指用完整無缺的一個DNA為模板修復另一受損DNA的過程,是一種精確的修復機制。相反,NHEJ是一種不精確的修復機制。在G1期,發(fā)生斷裂的2個DNA末端經(jīng)過修飾和加工,然后直接連接在一起,完成雙鏈斷裂修復。

轉(zhuǎn)錄沉默有助于防止異常轉(zhuǎn)錄的形成和促進受損DNA的修復。在哺乳動物中,毛細血管擴張共濟失調(diào)突變蛋白和DNA依賴性蛋白激酶關閉了DNA斷端周圍的基因轉(zhuǎn)錄[27]。然而最近的研究表明,轉(zhuǎn)錄和DSB修復之間的相互作用是一個比較復雜的過程。預先存在的轉(zhuǎn)錄物與在DNA斷端誘導合成的非編碼RNA都有助于修復斷裂的DNA,其中短暫存在的R環(huán)是DNA斷裂修復的關鍵。

轉(zhuǎn)錄基因內(nèi)的DSB可以用順式RNA直接或間接地作為模板修復。在缺乏RNase H的細胞中發(fā)現(xiàn)了RNA依賴的DSB途徑,這表明R環(huán)的形成是其中關鍵的一步。研究發(fā)現(xiàn),RAD52蛋白可以促進RNA同化到被切除或未被切除的DNA斷端[28]。這提示,RAD52介導的R環(huán)形成對于促進DNA斷端的橋接和以RNA作為同源模板的DSB修復過程都至關重要。另有研究表明,新生的轉(zhuǎn)錄物通過RAD52依賴的HR或NHEJ介導的無錯誤修復途徑參與DSB修復[29]。

3.2.2 持續(xù)存在的R環(huán)會引發(fā)DSB 盡管以上研究證明了短暫存在的R環(huán)能促進準確的DSB修復,但持續(xù)存在的R環(huán)對DSB修復有負面影響(Fig.5)。Yasuhara等人[30]利用AsiSI限制性內(nèi)切酶在全基因組范圍內(nèi)誘導DSB。RNA/DNA解旋酶SETX,被募集到那些優(yōu)先在轉(zhuǎn)錄活性位點形成并由HR修復的DSB。R環(huán)也在DSB側翼區(qū)被發(fā)現(xiàn),并且R環(huán)水平隨著SETX的耗盡而進一步增加。在SETX缺失的細胞中,持續(xù)存在的R環(huán)阻礙了RAD51在染色質(zhì)上的募集,并導致染色體易位。

Fig.5 The role of R-loops in DSB repair Potential positive outcomes of a transient R-loop hybrids at DSBs. Despite a role for transient R-loops in promoting accurate DSB repair, persistent hybrids have negative consequences on DSB repair

在DSB形成的受調(diào)控的R環(huán)可能有助于HR和DNA末端切除。Ohle等人[31]利用了一種位點特異的DSB誘導系統(tǒng),結果顯示,R環(huán)在DNA斷端附近積累。然而,只有當R環(huán)隨后被RNase H分解才能完成HR過程。在缺乏RNase H的細胞中,DNA斷端周圍持續(xù)存在的R環(huán)干擾了RPA的負載,從而阻止了DSB修復。相反,RNase H的過表達使得RPA負載過高,引發(fā)DSB末端的過度切除并導致遺傳物質(zhì)的丟失。這些結果表明,只有在R環(huán)短暫存在的情況下,DSB末端切除和修復過程才能順利進行。此外,RNAP II在DNA斷端的快速募集表明,R環(huán)的形成可能是源于DSB刺激的轉(zhuǎn)錄,而不是DNA損傷發(fā)生前該區(qū)域正在進行的活躍轉(zhuǎn)錄[31]。這提示,切除過程中形成的DNA單鏈突出端可能作為RNA合成的模板。

持續(xù)存在的R環(huán)通過影響DNA末端切除速度干擾HR過程。核不均一核糖核蛋白的耗盡導致DSB附近R環(huán)的積累,并阻礙了修復過程,而外切酶體成分10(exosome component 10,EXOSC10)的耗盡將導致DSB末端的大量切除[32]。EXOSC10能阻礙DSB上新RNA鏈的合成,并通過調(diào)節(jié)RPA復合物的裝配以避免DNA末端的過度切除。這提示,由DSB誘導形成并受調(diào)控的R環(huán)可能有助于末端切除,而持續(xù)存在的R環(huán)可能會阻礙末端切除并導致異常的DSB修復過程。

綜上所述,盡管R環(huán)在DSB修復中的作用機制尚不清楚,但目前的研究表明,持續(xù)存在的R環(huán)將觸發(fā)不精確的修復途徑,導致基因組不穩(wěn)定。

4 R環(huán)相關疾病

RNA:DNA雜交體是包括人類在內(nèi)的許多生物基因組中最豐富的非B型DNA結構。與R環(huán)相關的RNA:DNA雜交體不僅影響基因表達,也影響基因組的穩(wěn)定性。最近的研究表明,人體內(nèi)R環(huán)代謝失調(diào)將會導致癌癥和神經(jīng)退行性疾病的產(chǎn)生。SETX是最具特性的R環(huán)分解酶之一,其突變導致的R環(huán)代謝失調(diào)將會引發(fā)共濟失調(diào)伴眼動失用癥2型(ataxia with oculomotor apraxia type 2, AOA2)和肌萎縮性側索硬化癥4型(amyotrophic later sclerosis type 4, ALS4)。

4.1 R環(huán)與腫瘤

內(nèi)源性DNA損傷是基因組不穩(wěn)定的主要原因,也是癌癥發(fā)生和發(fā)展的驅(qū)動力。在應激條件下的復制叉崩潰是一種由癌基因表達誘導產(chǎn)生的現(xiàn)象,并且被認為能促進癌癥早期的DNA損傷。如上所述,持續(xù)存在的R環(huán)是促成自發(fā)的DNA損傷和復制應激的主要原因,導致復制叉崩潰和DSB修復缺陷。SETX通過限制R環(huán)的積累以減少復制叉崩潰和DSB修復缺陷的發(fā)生。雖然仍未見研究報導SETX的功能障礙與癌癥的發(fā)展有直接的關聯(lián),但在乳腺癌細胞中發(fā)現(xiàn)了SETX基因的突變,在淋巴瘤中發(fā)現(xiàn)它的表達水平發(fā)生了變化[33]。

此外,研究發(fā)現(xiàn)了SETX和BRCA信號通路之間的相互作用,該信號通路受腫瘤抑制因子BRCA1 DNA repair associated(BRCA1)和BRCA2調(diào)控,這2種因子在乳腺癌和卵巢癌等癌癥中發(fā)生突變。BRCA1和BRCA2是DNA損傷應答反應的中心因子,能提高復制叉的穩(wěn)定性并促進R環(huán)分解。Byrum等人[34]發(fā)現(xiàn),BRCA1和BRCA2蛋白質(zhì)被招募到被切除的DSB,不僅促進了HR過程,還通過調(diào)節(jié)RNAP II的延伸以防止R環(huán)在啟動子近端暫停位點的積累。BRCA1還介導了SETX的募集并形成SETX-BRCA1復合物,去除了在表達活躍的基因的轉(zhuǎn)錄終止子暫停位點處形成的R環(huán)[35]。

BRCA1和BRCA2基因的突變也會導致范科尼貧血(fanconi anemia,FA),是DNA損傷修復途徑基因缺陷引起的常染色體隱性遺傳病,在修復細胞DNA鏈間交聯(lián)過程中發(fā)揮作用。Chang等人[36]研究發(fā)現(xiàn),FA蛋白在防止復制-轉(zhuǎn)錄碰撞和R環(huán)介導引起的DNA損傷等過程中發(fā)揮重要作用。

綜上所述,BRCA1、FA和SETX三種蛋白質(zhì)在R環(huán)依賴的DNA損傷和基因組不穩(wěn)定性中的研究表明,R環(huán)是一種致癌結構。

4.2 R環(huán)與神經(jīng)退行性疾病

Sen1在過去30年里一直在酵母中進行研究,而它的人類同源基因SETX于2004年在神經(jīng)退行性疾病AOA2和ALS4中均發(fā)現(xiàn)突變,從而獲得了關注。AOA2與小腦浦肯野細胞退化有關,這是共濟失調(diào)的常見特征,而ASL4與大腦和脊髓中運動神經(jīng)元的退化有關,導致肌肉萎縮。SETX在人體中普遍表達,目前,尚不清楚為什么同一基因的突變會在2種不同的疾病中導致特定的大腦缺陷。與AOA2相關的SETX突變是隱性的,而在ALS4中則是顯性錯義突變。值得注意的是,震顫/共濟失調(diào)綜合征、常染色體顯性近端脊髓性肌萎縮癥(autosomal dominant proximal spinal muscular atrophy, AD-SMA)和腓骨肌萎縮癥等神經(jīng)系統(tǒng)疾病也與SETX的突變有關。Walker等人[37]發(fā)現(xiàn),SETX功能喪失將導致AOA2,而SETX功能強化則是導致包括ASL4在內(nèi)的常染色體顯性疾病的原因。這提示R環(huán)體內(nèi)平衡的改變是導致神經(jīng)退行性疾病產(chǎn)生的重要原因。

SETX突變后破壞R環(huán)的體內(nèi)平衡。在AOA2患者的成纖維細胞中檢測到DNA損傷增加和R環(huán)積累[38]。這可能是由于SETX突變后功能喪失導致R環(huán)持續(xù)存在,從而引發(fā)了DNA損傷和轉(zhuǎn)錄缺陷。雖然尚未研究報道DNA損傷和ALS4之間存在直接聯(lián)系,但由于R環(huán)平衡被破壞而導致的DNA修復缺陷對ALS4確實產(chǎn)生了影響。研究發(fā)現(xiàn),在ALS4等常染色體顯性疾病中,R環(huán)內(nèi)穩(wěn)態(tài)被改變[39]。在ALS4患者細胞中,SETX錯義突變的常見突變位點為L389 S,這也是AD-SMA的特征。同時,在一些基因的富含GC的啟動子上,R環(huán)水平降低。這些基因包括,能阻滯轉(zhuǎn)化生長因子-β信號通路的信號轉(zhuǎn)導的骨形成蛋白和激活素的跨膜抑制劑(BMP and activin membrane-bound inhibitor, BAMBI),它在運動神經(jīng)元疾病中的表達水平會發(fā)生改變。低水平的R環(huán)會觸發(fā)DNA甲基化轉(zhuǎn)移酶介導的啟動子甲基化,從而導致基因沉默。值得注意的是,L389 S點突變的SETX其蛋白質(zhì)水平是正常的,而將其過表達后導致ALS4患者體內(nèi)R環(huán)減少[40],表明L398 S點突變未損害解旋酶的活性。這提示L389 S點突變的SETX其解旋酶功能得到了強化。然而過度地分解R環(huán)將破壞R環(huán)的動態(tài)平衡,從而引發(fā)疾病產(chǎn)生。

5 問題與展望

近些年,隨著R環(huán)研究的不斷深入,人們對R環(huán)在不同細胞生理過程中所發(fā)揮的作用逐步有所了解,但仍有許多未解之謎。其中,最關鍵的問題就是鑒別生理性R環(huán)和病理性R環(huán)之間的結構功能差異。目前的研究結果表明,一方面R環(huán)通過干擾DNA復制過程誘導DSB,另一方面DSB修復需要短暫的R環(huán)形成。然而DSB形成后也可能觸發(fā)轉(zhuǎn)錄過程而產(chǎn)生R環(huán)[41]。這說明在轉(zhuǎn)錄活性位點檢測到的R環(huán)究竟是DNA損傷的原因還是結果,亦或兩者兼而有之,需要具體情況具體分析。另外,基因組不穩(wěn)定和復制叉崩潰可能會影響與腫瘤免疫相關的cGAS-STING通路,該通路能保護我們的身體免受異體DNA的侵害[42]。然而,R環(huán)也可以通過cGAS-STING復合物檢測到,這表明R環(huán)有直接導致炎癥的可能。R環(huán)對基因組的穩(wěn)定性可能同時具有維持和破壞的作用,使得針對R環(huán)對基因組穩(wěn)定性的影響存在許多不確定因素。

總之,R環(huán)在維持基因組穩(wěn)定性的過程中發(fā)揮了重要作用。但是,鑒于R環(huán)研究中存在的諸多問題,仍需要進一步的研究來更好地了解生理性和病理性R環(huán)的結構功能差異,以評估未來將R環(huán)用于多種退行性疾病的診斷工具以及作為治療靶點的可能性。