Cell：DNA双链断裂修复的关键小分子RNA

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生物通报道  近日来自北京生命科学研究所的研究人员发现了一类在DNA双链断裂（double strand breaks, DSBs）修复中起重要作用的小分子RNA。相关研究论文“A Role for Small RNAs in DNA Double-Strand Break Repair”于3月22日在线发布在《细胞》（Cell）杂志上。

领导这一研究的是北京生命科学研究所的戚益军研究员，其研究兴趣主要包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

DNA作为细胞生命活动最重要的遗传物质，保持其分子结构的完整性和稳定性对于细胞的存活和正常生理功能的发挥具有重要意义。包括电离辐射、化疗药物及细胞代谢产物在内的多种外源和内源性因素都能引起不同形式的DNA损伤，其中DNA双链断裂是一种最严重的DNA损伤形式。DNA双链断裂可以导致突变、基因组不稳定性和细胞死亡，因此DNA双链断裂的修复对保持基因组的完整性和细胞的存活至关重要。真核生物具有复杂的DNA双链断裂（DSBs）修复机制，通过一系列的传感器蛋白、传导蛋白和效应器蛋白协同发挥作用。

在这篇文章中，研究人员在拟南芥和人类细胞中证实DNA双链断裂位点邻近序列生成了21个核苷酸的小RNAs。研究人员将这些小RNAs命名为DSB诱导小RNAs(diRNA)。研究人员进一步在拟南芥中证实diRNAs的生物合成需要PI3激酶ATR、RNA核糖核酸聚合酶IV (Pol IV)和Dicer-蛋白的参与。上述因子和Pol V突变可显著降低DNA双链断裂修复效率。此外，研究人员还证实在拟南芥中diRNAs是通过Argonaute 2 (AGO2)招募而参与调控DNA双链断裂修复的。在人类细胞中，研究人员证实敲除Dicer和Ago2可抑制DNA双链断裂修复。

这些研究结果表明小RNAs在DNA双链断裂的修复信号通路中发挥了保守的重要功能，diRNAs有可能充当了向导分子引导了染色质修饰或将蛋白质复合物招募到DNA双链断裂位点促进了修复。为人们对DNA双链断裂修复机理的认识提供了突破性的新概念。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

A Role for Small RNAs in DNA Double-Strand Break Repair

Eukaryotes have evolved complex mechanisms to repair DNA double-strand breaks (DSBs) through coordinated actions of protein sensors, transducers, and effectors. Here we show that 21-nucleotide small RNAs are produced from the sequences in the vicinity of DSB sites in Arabidopsis and in human cells. We refer to these as diRNAs for DSB-induced small RNAs. In Arabidopsis, the biogenesis of diRNAs requires the PI3 kinase ATR, RNA polymerase IV (Pol IV), and Dicer-like proteins. Mutations in these proteins as well as in Pol V cause significant reduction in DSB repair efficiency. In Arabidopsis, diRNAs are recruited by Argonaute 2 (AGO2) to mediate DSB repair. Knock down of Dicer or Ago2 in human cells reduces DSB repair. Our findings reveal a conserved function for small RNAs in the DSB repair pathway. We propose that diRNAs may function as guide molecules directing chromatin modifications or the recruitment of protein complexes to DSB sites to facilitate repair.

作者简介：

戚益军 博士
北京生命科学研究所高级研究员

教育经历
2001  浙江大学分子生物学博士学位
1995  南京农业大学植物病理学学士学位

工作经历
2010-present  北京生命科学研究所高级研究员
2006-2010北京生命科学研究所研究员
2004-2006 美国冷泉港实验室博士后
2001-2004  美国俄亥俄州立大学博士后
 
研究概述：

RNA干扰 (RNA interference, RNAi) 是真核生物中的一种普遍现象，它在很多不同的生物过程中起到非常重要的作用。这些过程包括发育调控，抵抗病毒侵染，以及染色质修饰。RNAi的重要特征包括Dicer切割产生小分子RNA和RNA诱导的沉默结合体 (RNA-induced silencing complex, RISC) 的形成。RISC可以导致转录或转录后水平的基因沉默。在植物中存在多种RNAi通路，这包括siRNA介导的转录后水平的基因沉默，miRNA介导的切割或翻译抑制和转录水平的基因沉默。转录水平的基因沉默通常与染色质的修饰（DNA和histone的甲基化）紧密相关。

我们实验室综合遗传学，分子生物学和生物化学的方法，以拟南芥和衣藻为模式生物，研究中RNAi的作用机理和功能。我们的兴趣包括RISC的形成，小分子RNA如何识别和导致同源染色质的修饰，RNAi组分如何在不同通路中特异化，以及小分子RNA在拟南芥和衣藻生长发育过程中的作用。

RNAi的发现不但拓宽了本实验室对RNA在基因表达中调控作用的了解，同时给我们提供了研究基因功能的强大工具。我们实验室也对RNAi在植物功能基因组中的应用有兴趣。