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原文链接： http://pmo347760.pic31./upload/MOLCEL6657_proof.pdf 报 道 Higgs等明确了SETD1A诱导的H3K4甲基化对于保护DNA复制压力下的基因组稳定性是必不可少的，其机理与促进依赖于FANCD2的核小体重塑作用有关。SETD1A丢失或FANCD2异常引起的H3调动缺陷将导致RAD51核丝不稳定以及停滞复制叉的核酸降解。该研究证实了表观遗传和组蛋白迁移是维持基因组稳定性的核心体调控机制。相关成果近日于Molecular Cell杂志上发表。 该文主要有以下发现：
为了维持基因组的稳定性，许多细胞信号调节通路调控了检测和修复DNA的复制异常。范可尼贫血症及其同源重组通路中的许多元件，通过作用于复制叉在保护新生DNA中扮演核心角色：如RAD51（真核蛋白家族）、FANCD2（Fanconi anemia complementation group D2, 范可尼贫血互补群基因 D2）等。SETD1A是拥有SET蛋白质结构域1A的赖氨酸甲基转移酶，可催化组蛋白H3（H3K4)的Lys4残基的甲基化。该研究报道SETD1A诱导的组蛋白甲基化在保护停滞的复制叉免被有害切除中起关键作用；SETD1A这一活性的调控与其对招募复制叉的H3K4的甲基化的催化能力有关，该催化作用促进了依赖于FANCD2的组蛋白分子伴侣活性。 1 BOD1L与SETDIA交互，通过抑制BLM/FBH1来稳定RAD51并阻止新生DNA中依赖于DNA2的DNA降解。 早先该团队曾报道BOD1L是保护停滞复制叉不被降解的因子。而BOD1L可与SETD1A和SETD1B形成复合体。而在该最新研究中，交互免疫沉淀反应证实了BOD1L仅与SETD1A发生交互，而BOD1L的COMPASS-Shg1 结构域负责调控这一交互。复制叉保护试验证实了SETD1A在保护新生DNA中的必要性：丢失SETD1A而非SETD1B会增加HU诱导停滞的复制叉；SETD1A缺失导致的复制叉退化与BOD1L缺失导致的结果一致；复制叉重塑酶SMARCAL1的丢失会抑制SETD1A丢失引起的复制叉降解。综上，SETD1-BOD1L复合体防止了反向复制叉被切除。 与BOD1L相似，在MMC或HU刺激下，SETD1A是招募和稳定复制叉上的RAD51所必不可少的。SETD1A的缺失显著减少了HU刺激下新生DNA的RAD51水平。 图：STED1A通过稳定RAD51来抑制复制压力下的单链DNA形成 调节RAD51核丝稳定性的因子如BLM、FBH1等对维护复制叉的稳定性也至关重要。SETD1A可抵消这两种抗重组酶的活性，从而稳定停滞复制叉上的RAD51。同时敲除SETD1A和BLM、并将细胞暴露于MMC后，经过观察发现：BLM的丢失减少了MMC诱导的RPA S4/S8磷酸化、并恢复了在SETD1A缺失时HU和MMC诱导的RAD51焦点形成。在无SETD1A的细胞中，敲除FBH1或BLM可减缓新生DNA的降解。 图：SETD1A抑制复制压力下的复制叉退化 2． SETD1A的催化活性是保护复制叉所必必需的 SETD1A对于H3K4的甲基转移酶活性可被多个结构域元件调控。采用内源SETD1A可被siRNA沉默的细胞进行研究时时发现，全片段（FL）FLAG标记的SETD1A、缺少RRM的突变体和具有催化活性的SET结构域均可被诱导性表达。FL-SETD1A和RRM-SETD1A的诱导性表达均可修复在内源SETD1A缺失时出现的基因组不稳定性、RAD51焦点形成缺陷和增加的复制叉降解，但SET结构域催化活性失活的突变体则不具备该能力。因此，SETD1A解决复制压力的能力与其调控转录的能力是相互独立的，且解决复制压力的催化活性不由DDR转录或cyclin K 蛋白调控。SETD1A的甲基转移催化活性是保护复制叉必不可少的。
3. SETD1A催化H3K4甲基化来预防复制的降解清除 沉默SETD1A、SETD1B或BOD1会减少H3K4的甲基化。Edu 邻位连接检测（PLA）结果显示，HU刺激下的甲基化H3K4与新生DNA的结合随SETD1A增加而增加，并呈现剂量反应关系。SETD1A专一作用于H3K4me1位点，而与其类似的H3K4me3位点则未受影响。上述结果说明SETD1A专一作用于停滞复制叉。H3上的Lys4突变增加了SETD1A缺失的细胞中的复制叉降解，而丢失SETD1A对H3K4A突变表达的细胞的复制叉降解无附加影响。H3.1-GFP K4A突变的表达显著减少了RAD51的焦点形成。上述结果表明缺少SETD1A的细胞无法稳定复制叉上的RAD51，因而无法稳定相关结构免被降解，进而导致新生DNA上H3K4甲基化的缺陷。 图：复制叉保护需要SETD1A催化的H3K4甲基化 4. H3.1的甲基化抑制CHD4调控的复制叉降解 沉默CHD4而非CHD1可减少SETD1A缺失导致的RPA焦点形成增加，但沉默CHD4无法恢复SETD1A缺失导致的RAD51焦点形成。这说明CHD4无法在H3K4甲基化缺失的情况下降解RAD51核丝。但在缺少SETD1A的细胞中沉默CHD4可恢复复制叉稳定性并减少MMC诱导的基因组不稳定。上述结果与CHD4在SETD1A缺少的情况下促进新生DNA链降解的观点一致。在H3.1-GFP K4A 表达的细胞中沉默CHD4而非CHD1可将复制叉稳定性恢复至正常水平。上述结果说明CHD4调控的复制叉降解H3K4可帮助解释缺少SETD1A的细胞中基因组不稳定性增加的情况，H3K4甲基化的基因组保护作用部分是通过限制CHD4与反向复制叉结合实现。 5. FANCD2作为组蛋白分子伴侣进一步作用于组蛋白甲基化下游反应，从而保护停滞复制叉 BOD1L、STED1A和FANCD2共同发挥作用，这一点被证实：同时沉默FANCD2和STED1A对复制叉降解无叠加作用（与沉默单一基因效果相同）。沉默BLM缓解了FANCD2缺失细胞中的复制叉降解。在表达H3.1-GFP K4A 的细胞中丢失FANCD2并不会增加新生DNA降解。上述结果为STED1A、H3K4和FANCD2在保护复制叉的同一条通路中工作提供了强有力的证据。 图：SETD1A和FANCD2通过稳定H3迁移来保护复制叉完整性 讨论 1. SETD1A和SETD1B是功能不同的KMT SETD1A和SETD1B都可催化H3K4甲基化。但仅有SETD1A可与BOD1L互动，且可在复制压力条件下保护复制叉稳定性。SETD1B则与BOD结合，两者均不在拮抗复制压力的细胞反应中起主要作用。 2. 调节复制叉稳定性的表观遗传修饰机制。 SETD1A可能调控多条稳定复制叉的途径，如稳定RAD51核丝、抑制抗重组酶活性和在停滞复制叉上甲基化H3等。受损复制叉的环境信息可指示具体使用哪一个KMT来修饰复制叉周围的新生染色体。受损复制叉的表观遗传变化可指示具体招募哪一个KMT来进行下游反应。 3. 被甲基化促进的核小体迁移是保护复制叉必不可少的 受损复制叉上的核小体迁移与组蛋白甲基化之间的紧密联系被证实，且这是保护新生DNA免于被降解所必须的。目前H3K4的甲基化如何影响依赖于FANCD2的组蛋白伴侣尚不明确。推测之一是 依赖于SETD1A的组蛋白甲基化可能调控染色质对FANCD2的利用。另一个可能的机制是H3K4的甲基化调控协同因子的招募和/或结合，这些协同因子对依赖于FANCD2的核小体的重塑起关键作用。无论如何，该研究证实了依赖于SETD1A的H3K4甲基化是允许FANCD2将组蛋白迁移进停滞复制叉退化臂的主要表观遗传调控机制，并且预测了组蛋白迁移在退化复制叉上或周围的迁移是保护它们完整性的核心机制。 结论 该研究证实了甲基化和后续的组蛋白迁移在保护新生DNA不被降解中的必不可少，且停滞复制叉周围染色质的表观遗传修饰对复制叉降解相关因子起调控作用。该研究强调了组蛋白赖氨酸甲基化在维持基因组稳定性中的作用。   |
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