首张拓扑异构酶II全基因组剪切图谱

　　

生物通报道：DNA切割酶对基因结构调节起着关键作用。研究人员发现，它在导致癌症的（如白血病和实体瘤）易位（translocations）异常重排中表现活跃。

II型拓扑异构酶（type II topoisomerase， TOP2）通过断裂DNA双链磷酸二酯键，来更正DNA连环数，使细胞DNA正常转录、复制。TOP2也会与其剪断的DNA链再连接，但是如果这个过程出错，不匹配的DNA末端容易引起易位。易位产生的融合蛋白导致白细胞出现异常，使机体呈现白血病标志。

医生研究学者和RNA生物学家联手创建了一个新的DNA测序工具，可识别人类白血病细胞整条基因组上TOP2特定剪切位点，“该项工具为更好地理解和最终操控TOP2剪切，预防白血病异常重排开辟了新可能。”本研究共同领导人Carolyn A. Felix医学博士说。

在过去几年里，Felix团队一直与宾夕法尼亚大学的生物学家Brian D. Gregory领导的一个小组合作。利用全基因组测序技术，对所有DNA、RNA结合结合蛋白进行编目。“我们设计了一个pull down方案，将与TOP2结合的所有DNA从基因组内拽出来，然后把蛋白质和DNA分离，在单碱基对水平上对被剪切的DNA测序，”Gregory博士说。“通过这项工作，我们首次在全基因组尺度绘制了拓扑异构酶剪切位点图谱。”

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2017年4月6日，科学家们在《Genome Research》杂志上报道了他们的发现。

肿瘤学家已经开始使用TOP2毒素类药物（阿霉素、放线霉素D等）来约束TOP2的DNA切割活性来杀伤癌细胞。但是作为一把双刃剑，人工干预切割和TOP2-DNA的再连接可导致易位，其中与“治疗相关白血病”有关的最常见基因重排是KMT2A。

除了肿瘤化疗，普通人生活环境和饮食之中也存在TOP2毒素。Felix等人发现，怀孕期间，孕期饮食中所含TOP2毒素与婴儿白血病风险增加相关。类似治疗相关白血病，KMT2A也是婴儿白血病有害标记之一。

此前，Felix曾开发了一种方法鉴定与KMT2A基因发生融合的伴侣基因，该工具能指出准确的易位断点位置。

与Gregory团队合作后，他们发现，人类白血病细胞系中TOP2切割位点往往发生于内含子之内。

证据表明，TOP2的切割作用不仅仅与白血病KMT2A易位有关，还驱动了其他易位癌症。该发现首次揭示了TOP2能触发易位，导致癌症的广泛作用。

他们还发现，TOP2能切割长非编码RNA（lincRNAs）。当研究人员比对了白血病细胞系和国家人类基因组研究所的基因组数据后，发现TOP2切割位点位于相同的组蛋白基因上，组蛋白是基因转录调控的重要标记（tags）。

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“事实上，TOP2分裂基因集群的同时也分裂了组蛋白标记和转录因子，表明TOP2酶在DNA重塑中起突出作用。”Felix说。

“有了这张蓝图，我们可更好地识别基因组发生分裂的部位，理解易位发生机理，从而设计靶向TOP2酶的智能抗癌药物，降低易位风险，或者设计药物保护基因组序列免于不必要的切割。”

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原文标题：Genome-wide TOP2A DNA cleavage is biased toward translocated and highly transcribed loci