动态揭示染色质因子RSF1、CENPS和CENPX在DNA损伤修复中的时空动态及其细胞周期依赖性

为解析染色质因子在DNA双链断裂(DSB)修复中的作用机制，研究人员通过激光微辐照结合活细胞成像技术，定量分析了RSF1、CENPS和CENPX在DSB位点的招募与移除动力学。研究发现这些因子在G1/S/G2期均被招募，且在S/G2期表现出更高的丰度和更慢的移除速率，提示其可能通过调控染色质重塑参与HR修复途径的选择。该研究为理解染色质结构如何影响DSB修复路径提供了新视角。

　　

论文解读

DNA双链断裂(DSB)作为最严重的基因损伤类型之一，其修复机制的缺陷可能导致基因组不稳定甚至癌症发生^[1]。真核细胞进化出同源重组(HR)和非同源末端连接(NHEJ)两大主要修复途径，而修复路径的选择与细胞周期密切相关——NHEJ在G1期占主导，HR则活跃于S/G2期^[4-8]。染色质结构作为DNA修复的物理屏障，其重塑过程需要多种因子协同参与，其中ATM激酶激活后招募的RSF1(Remodeling and Spacing Factor 1)及其下游的CENPS/CENPX(MHF1/2)复合物在DSB修复中的作用长期存在争议。

为精确解析这些因子的动态行为，德国海德堡大学研究人员采用激光微辐照结合活细胞成像技术，对HeLa Kyoto细胞中的GFP标记蛋白进行实时追踪。通过405nm激光结合Hoechst 33342敏化处理，在单细胞水平上观察到RSF1、CENPS和CENPX在DSB位点的招募半衰期约为100秒，移除半衰期约2000秒。值得注意的是，这些因子的招募发生在ATM激活后RNF8-RNF168发挥作用的早期阶段，并与RPA装载和RAD51组装的时间窗口重叠，表明其可能参与染色质重塑依赖的修复路径选择过程。

在细胞周期特异性分析中，研究团队通过双胸苷阻断法同步细胞周期，发现CENPS/CENPX在G2期的招募速率较G1/S期降低约30%，但总招募量增加2-3倍。这种时相依赖性差异可能与G2期更紧密的染色质结构有关，提示该复合物可能在HR修复途径中发挥特殊作用——通过延长DNA末端切除(resection)时间窗口促进同源重组。免疫荧光验证显示，CENPS/CENPX与FA核心复合物成员FANCM存在相互作用，进一步支持其在HR修复中的功能。

研究采用的关键技术包括：激光微辐照系统(配备Olympus FV3000共聚焦显微镜)用于诱导DSB并实时成像；流式细胞术结合γH2AX染色确认DSB形成；双胸苷阻断法同步细胞周期；定量图像分析软件(Fiji/ImageJ)处理荧光信号。样本来源于稳定转染GFP/MRE11、GFP-RSF1、GFP-CENPS及GFP-CENPX的HeLa Kyoto细胞系，并通过RFP-PCNA/mCherry-CDT1共表达标记细胞周期阶段。

研究结果系统阐明了染色质重塑因子在DSB修复中的时空动态：RSF1作为早期招募因子，引导CENPS/CENPX复合物在DSB位点形成异四聚体结构，其持续存在可能维持染色质开放状态以促进HR所需的DNA末端切除。特别值得注意的是，G2期特有的缓慢移除动力学与同源重组途径对长片段DNA切除的需求相吻合，这为理解细胞周期如何调控修复路径选择提供了新证据。

该研究的科学意义在于：首先，建立了染色质重塑因子在DSB修复中的精确时间轴，填补了ATM激活后至RPA/RAD51装载之间的机制空白；其次，揭示了细胞周期相位对染色质因子动态行为的调控规律，特别是G2期特有的延长招募状态可能与HR途径的高保真性需求相关；最后，为靶向染色质重塑治疗癌症提供了理论基础——通过干扰CENPS/CENPX的功能可能选择性抑制HR修复，从而增强化疗药物对肿瘤细胞的杀伤效果。这些发现为开发基于染色质动力学的精准治疗策略指明了方向。

研究团队进一步提出假说：CENPS/CENPX复合物可能通过其组蛋白折叠结构域改变局部染色质拓扑结构，为核酸酶提供切割平台的同时维持基因组稳定性。这一机制的深入解析将有助于理解癌症中HR修复异常的分子基础，并为设计新型抗癌药物提供靶点。