高效準確的轉錄對生命活動至關重要，多種內源或外源的DNA損傷都會阻擋RNA聚合酶，從而阻礙轉錄的進行。轉錄偶聯修復（Transcription-Coupled Repair, TCR）可以高效地移除阻擋RNA聚合酶II（PolII）的DNA加合物損傷，恢復正常的轉錄。轉錄偶聯修復是核苷酸切除修復的亞途徑，當PolII被損傷阻擋后，CSB、CSA與UVSSA等轉錄偶聯修復因子會被依次募集。其中CSA所在的CRL4CSA泛素E3連接酶會泛素化CSB、PolII大亞基RPB1以及UVSSA，而UVSSA與USP7形成復合物，通過去泛素化來穩定這些修復因子。隨即這些蛋白共同招募核苷酸切除修復途徑的下游通用修復因子TFIIH、XPA、RPA以及兩個核酸內切酶XPG和XPF，切除損傷所在的一小段單鏈DNA，最后由DNA聚合酶和連接酶補平缺口，完成修復。
轉錄偶聯修復缺陷會導致不同的遺傳疾病，其中CSB和CSA基因缺陷會引起科凱恩綜合征（Cockayne
syndrome，CS），患者表現為嚴重的神經系統發育障礙和早衰，平均壽命僅為12歲；而UVSSA基因缺陷會導致紫外線敏感綜合征（UV-sensitive Syndrome，UVSS），患者僅表現為對紫外線敏感，但患皮膚癌風險沒有增加，也沒有影響神經系統。這幾個基因的缺陷都會導致轉錄偶聯修復的完全失活，因此修復本身不是引起不同癥狀的直接原因。有一種假說認為當修復受阻時被損傷阻擋的PolII是否滯留在損傷位點可能是導致不同表型的原因，因為停滯的PolII可能對復制等過程造成更大的干擾，也會阻礙其它修復機制來處理損傷。然而，由于缺乏直接檢測PolII與損傷結合的技術，對修復受阻時被損傷阻擋的PolII的命運目前所知甚少。
2024年8月17日，復旦大學生物醫學研究院 胡晉川 課題組在 Nature Communications 上發表了題為 Coordination of transcription-coupled repair and repair-independent release of lesion-stalled RNA polymerase II 的研究論文，發現在轉錄偶聯修復失活時，停滯在損傷位點的PolII以依賴CRL4CSA介導的泛素化的方式，被p97-蛋白酶體途徑從損傷位點移除，揭示了導致不同癥狀的修復基因缺陷對PolII命運的不同影響。
在前期工作中作者開發了能以單堿基分辨率檢測蛋白與DNA加合物損傷相互作用的基因組分布的測序方法PADD-seq，發現在轉錄偶聯修復正常細胞中PolII與損傷的結合會在UV照射后2小時內消失，而在修復缺陷的CSB敲除細胞中PolII會長期滯留在損傷位點【1】。在此基礎上，他們發現CSA敲除細胞中PolII同樣會滯留在損傷位點，而UVSSA敲除細胞則與修復正常細胞類似，PolII從損傷位點快速離開。進一步研究發現，在UVSSA敲除細胞中，PolII的快速解離是由p97-蛋白酶體途徑介導，且依賴于CRL4CSA的泛素連接酶活性。然而，p97不參與轉錄偶聯修復，在修復正常的細胞中也不參與移除被損傷阻擋的PolII，提示細胞會優先選擇轉錄偶聯修復而不是直接移除被損傷阻擋的PolII。RPB1-K1268位點是UV誘導的主要泛素化位點，其突變會顯著抑制轉錄偶聯修復以及PolII的直接解離，提示該位點的泛素化在這兩條通路中都扮演了重要角色。最后，UVSSA-USP7的去泛素化活性對轉錄偶聯修復有一定影響，但是不會阻礙p97介導的PolII直接解離。這項工作全面揭示了轉錄偶聯修復受阻時被損傷阻擋的PolII命運決定機制，并為探索轉錄偶聯修復基因相關遺傳疾病的分子機制提供了重要線索。
復旦大學生物醫學研究院/附屬上海市第五人民醫院的雙聘PI胡晉川是論文的通訊作者，復旦大學生物醫學研究院博士研究生祝永昌（已畢業）、張希平和高孟為論文的共同第一作者。本研究獲得了科技部重點研發計劃和國家自然科學基金面上項目等資助。
值得注意的是，今年7月荷蘭Erasmus大學Jurgen A. Marteijn課題組在 Nucleic Acids Research 雜志上發表了相似的結果【2】，荷蘭Leiden大學Martijn S. Luijsterburg課題組也于近期在預印本平臺BioRxiv發布了類似的工作【3】。
原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-51463-x
參考文獻：
1.Zhu, Y. et al. Genome-wide mapping of protein-DNA damage interaction by PADD-seq. Nucleic Acids Res 51, e32 (2023).
2.Gonzalo-Hansen, C. et al. Differential processing of RNA polymerase II at DNA damage correlates with transcription-coupled repair syndrome severity. Nucleic Acids Res?(2024).
3.van der Meer, P.J., Yakoub, G., Nakazawa, Y., Ogi, T. & Luijsterburg, M.S. Clearance of DNA damage-arrested RNAPII is selectively impaired in Cockayne syndrome cells. bioRxiv, 2024.05.17.594644 (2024).
