2023年8月9日，复旦大学生物医学研究院/附属肿瘤医院陈飞研究组与浙江大学陆华松研究组合作，文章Rature杂志以长文形式发表-loop dependent promoter-proximal termination ensures genome stability (《R-loop依赖于早期终止基因组稳定性的启动子近端转录)。本研究首次发现，INTAC复合物与单链DNA识别复合物SOSS稳定结合，形成SOSS-INTAC复合物；该复合物通过调节细胞中R-loop的水平来维持基因组的稳定性。
RNA聚合酶III在高等生物中 (Pol II)介导转录是一个高度动态的过程，包括转录开始、启动子近端暂停、延伸和终止。Poll完成转录开始 II会在转录的起点 (TSSs) 下游200 短暂暂停发生在bp窗口，并面临两种命运选择——有效延伸(productive elongation)或者在启动子附近提前终止转录（promoter-proximal premature termination）。其中，前者由蛋白激酶复合物P-TEFb调节，能有效促进基因转录激活；后者由含磷酸酶活性的INTAC复合物调节，会导致转录过程提前结束。因此，转录机在启动子区域的命运选择被认为是基因转录调控的核心步骤之一，也是转录精度调控的关键质量控制环节。然而，与人们对P-TEFb介导有效延伸的充分认识相比，INTAC介导转录早期终止的调控机制仍存在许多未解之谜。
在基因转录过程中产生的新生RNA（nascent RNA）碱基可与打开的双链DNA模板链互补配对，形成RNA:DNA杂交链。RNA:DNA杂交链和未匹配的单链DNA（single-strand DNA, ssDNA）三链核酸结构被称为R-loop。R-loops结构稳定，通常富含Poll II发生高水平暂停的启动子区域和活跃表达基因。已有研究表明，R-loop的异常积累会对基因组的稳定性构成重大威胁。一方面，R-暴露在loop中的SSDNA很容易受到诱变剂和核酸酶的攻击；另一方面，R-loop会阻碍复制叉前进，诱发转录与复制的冲突。因此，R-精确调控loop水平也是维持基因组稳定性的重要质量控制环节。然而，作为转录过程中广泛产生的副产物，人们不知道如何调节R-loop水平，保持基因组的稳定性。
在分析INTAC的蛋白质互作质谱结果时，陈飞团队发现INTAC和单链DNA识别复合物SOSS（Sensor of Single-Strand DNA）相互作用很强。在之前的研究中发现SOSS主要是DNA damage 在repair中起作用。研究人员通过一系列实验手段证明了SOSS-INTAC复合物在染色质上的稳定性。
进一步的研究发现，SOSS-INTAC复合物主要结合在基因的启动子区域。SOSS中的SSDNA识别蛋白会诱导SOSS-INTAC与SSDNA相结合，促进SOSS-INTAC复合物在染色质上的招募，发挥转录早期终止的作用。机制研究表明，机制研究表明，SOSS-染色质的INTAC结合依赖于R-lop结构中的SSDNA。识别R-lops后，SOSS-INTAC诱导转录通过其RNA核酸内切酶早期终止，并与RNA核酸外切酶Exosome和XRN2合作，防止R-loops的过度积累，从而保持基因组的稳定性。最后，研究人员还发现，SOSS-INTAC以细胞中生物大分子凝聚体的形式存在，这将显著影响SOS-INTAC调节R-lops和基因组稳定性的能力。
▲SOSS-INTAC的工作模式。SOSS-INTAC通过SOSS的SSDNA识别能力，通过R-loop结构中的SSDNA以生物大分子凝聚体的形式招募INTAC到染色质，发挥基因转录早期终止的功能；SOSS-INTAC与RNA核酸外切酶exosome和XRN2合作，抑制R-loops在染色质上的过度积累，从而保持细胞内基因组的稳定性。
综上所述，本研究论文首次确定了基因转录和基因组稳定性调节复合物SOSS-INTAC，它还揭示了基因转录调节和基因组稳定性维护中的“双重质量控制”功能，是基因转录与基因组稳定性交叉研究领域的又一突破性发现。
复旦大学附属肿瘤医院博士后徐从玲（即将进入同济大学生命科学与技术学院，独立PI）、浙江大学生命科学研究所20级直接博士生李成玉、复旦大学生物医学研究所原博士后、复旦大学附属肿瘤医院助理研究员陈吉伟、复旦大学生物医学研究所21级直接博士生熊燕是本研究的第一作者。复旦大学生物医学研究所/附属肿瘤医院陈飞研究员、浙江大学陆华松研究员为联合通讯作者。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06515-5
