3D基因組結(jié)構(gòu)能顯著影響脆性位點(diǎn)基因組的穩(wěn)定性（2020.7.20 Plant Biotechnology Journal）

動(dòng)物細(xì)胞中的復(fù)制被組織成具有相似復(fù)制時(shí)間的離散區(qū)域，由多個(gè)復(fù)制起點(diǎn)及其相關(guān)復(fù)制子組成，復(fù)制子的大小從30kb到450kb不等。不同的DNA復(fù)制的時(shí)期不一樣，有復(fù)制早期和復(fù)制晚期。復(fù)制時(shí)間（replication timeing）是非常嚴(yán)格的，以確?；蚪M的忠實(shí)復(fù)制。任何導(dǎo)致DNA損傷高水平發(fā)生的條件也都會(huì)引發(fā)復(fù)制應(yīng)激（replication stress）。復(fù)制應(yīng)激導(dǎo)致復(fù)制叉進(jìn)展減少，分叉停滯，休眠起源激活。然而，休眠起源激活并不總是足夠的，受干擾的復(fù)制在稱為普通型脆性位點(diǎn)（CFSs）的特定區(qū)域引起染色體不穩(wěn)定。在輕度復(fù)制脅迫下，CFSs表現(xiàn)為中期染色體的斷裂、間隙和收縮。CFS不穩(wěn)定性是DNA復(fù)制完成前有絲分裂進(jìn)入的結(jié)果，造成DNA斷裂和DNA損傷反應(yīng)激活。未能在CFSs上完成復(fù)制和DNA損傷的修復(fù)，導(dǎo)致?lián)p傷和基因組不穩(wěn)定在細(xì)胞世代之間的傳遞。

CFSs的幾個(gè)特征被認(rèn)為有助于CFS的表達(dá)（脆性），包括晚期復(fù)制和缺乏復(fù)制起源，這些在復(fù)制壓力下阻礙了它們的復(fù)制完成。由富AT序列誘導(dǎo)的DNA二級(jí)結(jié)構(gòu)也被認(rèn)為是通過提高復(fù)制叉的潛在障礙來引起CFS的表達(dá)。此外，CFSs富含大基因，這可能導(dǎo)致由于復(fù)制-轉(zhuǎn)錄碰撞而導(dǎo)致的脆性。然而，所有的因素本身都不足以誘發(fā)脆性，因?yàn)樗鼈冊(cè)谡麄€(gè)基因組中普遍存在，包括非脆性區(qū)域。此外，這些脆性位點(diǎn)特征不能解釋所有已知的CFSs。因此，復(fù)發(fā)性染色體不穩(wěn)定的分子基礎(chǔ)尚不清楚。染色體結(jié)構(gòu)被認(rèn)為在維持基因組穩(wěn)定性方面起著重要作用，通過調(diào)節(jié)DNA損傷響應(yīng)信號(hào)的傳播來控制損傷修復(fù)，例如TADs內(nèi)的γH2AX，其突出的趨勢(shì)是在TAD邊界停止。重要的是，染色體結(jié)構(gòu)在調(diào)節(jié)CFS不穩(wěn)定性方面的潛在作用尚未被研究。

最近，以色列希伯來大學(xué)David M.Gilbert和美國佛羅里達(dá)州立大學(xué)Batsheva Kerem共同在Nature Communications上發(fā)表了題為“3D genome organization contributes to genome instability at fragile sites”的文章。該研究主要在三維基因組組織的背景下，探討了輕度復(fù)制應(yīng)激下的轉(zhuǎn)錄譜和DNA復(fù)制時(shí)間（RT），表明脆性特征由高度轉(zhuǎn)錄的、具有APH誘導(dǎo)的RT延遲的大基因重疊的TAD邊界構(gòu)成。

在這里，研究人員使用Repli-seq和Bru-seq探索由DNA聚合酶抑制劑aphidicolin（APH）誘導(dǎo)的輕度復(fù)制應(yīng)激對(duì)全基因組復(fù)制和轉(zhuǎn)錄程序的影響，并將這些數(shù)據(jù)與4DN聯(lián)盟的Hi-C數(shù)據(jù)整合。結(jié)果揭示了復(fù)制應(yīng)激下的多層染色體脆性特征，包括與高度轉(zhuǎn)錄的大基因重疊的TAD邊界和APH誘導(dǎo)的RT延遲的結(jié)合。同時(shí)，研究人員表明，只有一小部分基因組的復(fù)制的時(shí)間順序被APH改變，但延遲的部分對(duì)CFS具有很高的富集性。在CFSs處誘導(dǎo)的RT延遲產(chǎn)生一個(gè)V形RT剖面，該剖面跨越TAD邊界，位于轉(zhuǎn)錄的大基因內(nèi)部。此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)，未受干擾細(xì)胞中的CFS核心脆性區(qū)域（CFR）在S中期復(fù)制，因此不僅僅是先前建議的最新的復(fù)制區(qū)域。鑒定的三維結(jié)構(gòu)相關(guān)脆性特征使我們能夠更精確地繪制CFR，并識(shí)別未在細(xì)胞遺傳學(xué)上檢測到的新的脆弱位點(diǎn)，這突出了本研究中識(shí)別脆性位點(diǎn)的方法的靈敏度?？傊Y(jié)果表明，復(fù)制、轉(zhuǎn)錄和基因組結(jié)構(gòu)是CFS表達(dá)的基礎(chǔ)。