ZC3H4通过抑制非编码RNA位点的转录-复制冲突维护基因组稳定性

基因组不稳定性是癌症和衰老的重要驱动因素，而转录-复制冲突(TRCs)是其主要诱因之一。本研究揭示了锌指蛋白ZC3H4通过抑制非编码RNA(ncRNA)的过度转录，防止R环形成和TRCs，从而维持基因组稳定性的新机制。研究人员发现ZC3H4缺失会导致复制压力(RS)增加、细胞周期异常和早衰，为理解基因组稳定性调控网络提供了新视角。

　　

基因组稳定性是细胞正常功能的基础，其破坏会导致癌症、衰老等多种疾病。在细胞周期中，DNA复制和转录这两个关键过程经常发生"撞车"事件，即转录-复制冲突(TRCs)，这是基因组不稳定的主要来源之一。特别是在非编码RNA(ncRNA)位点，这种冲突更为常见。虽然已知一些蛋白复合物如Integrator可以缓解TRCs，但对于如何预防ncRNA位点的TRCs仍知之甚少。这就像城市交通中缺乏有效的信号灯系统，导致DNA复制和转录这两条"车流"频繁相撞。

为回答这一重要问题，研究人员通过生物信息学分析和实验验证，发现锌指蛋白ZC3H4在维持基因组稳定性中扮演关键角色。这项发表在《SCIENCE ADVANCES》上的研究揭示了ZC3H4通过抑制ncRNA的过度转录来预防TRCs和复制压力(RS)的新机制。

研究人员运用了多项关键技术：通过CRISPR-Cas9构建ZC3H4敲除细胞系；采用DNA纤维分析评估复制叉进程；利用超分辨率显微镜(STORM)观察RNA合成和R环形成；进行染色质免疫沉淀测序(ChIP-seq)分析ZC3H4的基因组定位；通过RNA测序(RNA-seq)检测转录变化；使用邻近连接分析(PLA)量化TRCs事件。

研究结果首先通过生物信息学分析发现ZC3H4与DNA损伤修复(DDR)和衰老相关基因共表达。实验显示ZC3H4缺失导致细胞增殖减缓、衰老标志物增加和DNA损伤累积。细胞周期分析发现ZC3H4在S/G₂
/M期高表达，其缺失导致复制叉不对称和复制压力增加。机制研究表明ZC3H4缺失引起转录过度活跃，增加R环形成和TRCs频率。基因组定位分析显示ZC3H4富集在复制起始位点和R环易发区域。最后证实ZC3H4通过与WDR82和ARS2形成Restrictor复合物发挥功能，该复合物的完整组装对其功能至关重要。

这项研究首次阐明ZC3H4/Restrictor复合物通过抑制ncRNA转录预防TRCs的新机制。与已知的TRCs解决机制不同，ZC3H4采取"预防优于治疗"的策略，在冲突发生前就抑制潜在的问题转录本。这一发现不仅拓展了我们对基因组稳定性调控网络的认识，也为理解癌症和衰老的分子机制提供了新视角。特别值得注意的是，ZC3H4的缺失表型与许多癌症特征相似，包括基因组不稳定性、复制压力和有丝分裂异常，提示其可能是潜在的抑癌因子。此外，ZC3H4在衰老细胞中表达下降的发现，也将其与衰老过程联系起来。这项研究为开发针对TRCs相关疾病的新治疗策略提供了理论基础。