循环染色质颗粒诱导的DNA双链断裂特异性靶向端粒的机制研究

《Scientific Reports》：DsDNA breaks inflicted by cell-free chromatin particles selectively target telomeres

本研究聚焦细胞游离染色质颗粒(cfChPs)对端粒的选择性损伤作用。为解决内源性DNA损伤来源不明及端粒异常在衰老与癌症中作用机制不清的问题，研究人员开展cfChPs与γ射线诱导DNA损伤的对比研究，发现cfChPs可特异性靶向端粒并造成不可修复的dsDNA断裂，而γ射线损伤无端粒特异性且可快速修复。该研究揭示了cfChPs作为天然DNA损伤因子的独特机制，为衰老相关疾病和癌症的防治提供新靶点。

　　

在细胞生物学领域，端粒作为染色体末端的保护帽，其损伤与缩短被认为是驱动细胞衰老、衰老相关疾病乃至癌症发生的关键因素。然而，关于内源性DNA双链断裂(dsDNA breaks)的具体来源及其对端粒的特异性损伤机制，科学界仍存在认知空白。以往研究多聚焦于外源性损伤因子（如辐射、化学物质）的作用，但人体每天有数十亿细胞死亡所释放的细胞游离染色质颗粒(cfChPs)是否参与这一过程，尚不明确。

近日发表于《Scientific Reports》的一项研究开创性地揭示了cfChPs对端粒的特异性攻击现象。该研究团队由印度塔塔纪念中心的Indraneel Mittra教授领衔，通过对比cfChPs与γ射线诱导的DNA损伤模式，发现cfChPs能选择性靶向端粒并引发不可逆的DNA损伤，而γ射线造成的损伤则无此特异性且可被快速修复。这一发现为理解内源性DNA损伤的起源及端粒相关疾病机制提供了全新视角。

关键技术方法概述

研究采用超速离心联合组蛋白H4抗体亲和层析技术，从健康人和癌症患者血清中分离cfChPs。通过免疫荧光原位杂交(Immuno-FISH)技术，在NIH3T3、HEK-293等多类细胞中分析γ-H2AX（DNA双链断裂标志）与端粒探针的共定位；利用中期染色体铺片技术追踪长期传代（最高150代）细胞中损伤信号的演变；采用图像分析软件定量γ-H2AX信号数量、尺寸及荧光强度。

cfChP诱导的dsDNA断裂特异性靶向端粒

研究发现，用10 ng cfChPs处理NIH3T3细胞96小时后，γ-H2AX阳性细胞比例与5 Gy γ射线处理组相当，但cfChPs组（尤其癌症来源c-cfChPs）的γ-H2AX信号尺寸显著更大。端粒荧光原位杂交(FISH)显示cfChPs处理细胞出现明显端粒聚集，且83.5%-93.8%的γ-H2AX信号与端粒共定位，而γ射线组无此现象。表明cfChPs可精准攻击端粒区域。

cfChP诱导的DNA损伤具有持久性

细胞传代至第2代时，γ射线组的γ-H2AX信号迅速恢复至正常水平，而cfChPs组的损伤信号与端粒共定位现象持续存在。甚至传代至50代和100代时，cfChPs处理细胞仍保持高比例γ-H2AX/端粒共定位，说明其造成的DNA损伤无法有效修复。

cfChP诱导的端粒损伤具有普适性

在HEK-293、B/CMBA.Ov和Vero细胞中重复实验，均观察到h-cfChPs可引起γ-H2AX与端粒共定位，而γ射线处理组无此现象，证实cfChPs对端粒的靶向作用跨物种、跨细胞类型普适。

端粒损伤伴随持续基因组不稳定性

对传代至150代的细胞进行中期染色体分析发现，c-cfChPs和h-cfChPs处理组的γ-H2AX信号数量分别为γ射线组的4.52倍和2.52倍，平均荧光强度(MFI)分别为18.89倍和9.4倍，提示cfChPs诱导的端粒损伤会引发长期基因组不稳定性。

结论与意义

本研究首次阐明cfChPs作为内源性DNA损伤因子，通过特异性靶向端粒并阻碍损伤修复，驱动持续基因组不稳定性。该机制不仅解释了生理条件下高频内源性dsDNA断裂的来源，更为衰老、慢性疾病及癌症的发生提供了新的病因学理论支撑。团队前期研究发现，白藜芦醇-铜组合物可有效中和cfChPs的毒性，这为干预端粒相关疾病提供了潜在策略。未来需进一步揭示cfChPs靶向端粒的分子通路，以推动相关治疗手段的开发。