G1期CDK抑制缺失通过复制起点活性不均降低导致基因组区域不稳定性偏倚

本研究针对癌细胞中G1期CDK过早激活引发的基因组不稳定机制，通过芽殖酵母模型揭示Sic1蛋白缺失导致复制起点活性区域性差异降低的现象。研究人员发现Sic1缺失会不均匀削弱ARS507等起点的活性，造成局部冗余性丧失，进而引起有丝分裂期DNA合成延迟和染色体V左臂高频重排。该研究阐明了CDK失调诱发基因组不稳定的空间异质性机制，为癌症基因组不稳定性研究提供了新视角。

　　

在真核细胞中，基因组稳定性高度依赖于精确的细胞周期调控，特别是G1期向S期的转换过程。这一转换由周期蛋白依赖性激酶(CDK)及其抑制剂如Sic1严格调控。然而在大多数癌细胞中，这一调控通路常常发生异常，导致CDK过早激活，进而引发复制压力、复制不完全和染色体不稳定性。值得注意的是，这些基因组不稳定事件在染色体上的分布呈现明显的区域性差异，但其背后的机制尚不清楚。西班牙国家研究委员会Margarita Salas生物研究中心的Fabia Gomes、Arturo Calzada等研究团队在《iScience》发表的研究，通过芽殖酵母模型揭示了这一现象背后的分子机制。

研究人员主要运用了二维凝胶电泳(2D gels)分析复制中间体、染色质免疫沉淀结合实时定量PCR(ChIP-qPCR)、细胞周期同步化技术以及染色体畸变率(GCR)测定等关键技术方法。其中2D gels技术可精确定量单个复制起点效率，而创新的RFB(复制叉屏障)插入技术则实现了局部复制压力的可控诱导。

【Sic1 depletion decreases origin redundancy in left chromosome V arm to induce most local gross chromosomal rearrangements】
研究发现，当缺失CDK抑制剂Sic1时，染色体V左臂(ChrV-L)早期复制起点ARS507活性降低50%，而邻近休眠起点ARS505和ARS506的备份激活能力也显著受损。通过ARS507位点替换实验证实，恢复该起点活性可使区域重排率降低2/3。插入多拷贝抗性起点ARS209(7X)同样能显著改善稳定性，证明局部起点冗余性丧失是诱发不稳定的关键因素。

【Deficient origin activity under Sic1 loss does not induce S-phase checkpoint activation or sensitivity to exogenous replication stress】
深入机制研究表明，Sic1缺失导致的起点缺陷并未激活Rad53依赖的复制压力检查点，细胞对羟基脲(HU)诱导的外源压力也保持正常耐受。Rfa1染色质结合分析显示复制叉处RPA负载无显著变化，排除了广泛复制压力参与的可能性。

【Dormant origin deficiency under Sic1 loss renders ChrV-L stability sensitive to delayed local replication】
通过插入rDNA复制叉屏障(RFB)构建局部复制延迟模型，发现Sic1缺失细胞对局部复制压力极度敏感，重排率激增350倍。这证实区域性起点冗余缺陷会放大局部复制障碍的影响。

【Sic1 depletion delays DNA synthesis completion in ChrV-L】
细胞周期同步化实验结合BrdU标记显示，Sic1缺失细胞在bulk复制完成后，ChrV-L区域仍持续进行DNA合成。2D gels时间进程分析揭示ARS507位点在有丝分裂期仍存在被动复制现象，表明该区域复制完成显著延迟。

【M-CDK reduction delays mitosis entry and suppresses ChrV-L instability under Sic1 depletion】
关键挽救实验表明，删除有丝分裂周期蛋白Clb2可延迟有丝分裂进入，在不改变起点缺陷的情况下，显著改善染色体分离异常并降低重排率。这证实过早进入有丝分裂是起点缺陷诱发不稳定的必要条件。

【Minor origin deficiency, ongoing DNA synthesis, and instability at ChrIII-L under Sic1 loss】
对比研究发现，染色体III左臂(ChrIII-L)仅单个起点ARS306活性降低，周边起点保持正常，因而仅表现轻微复制延迟和4倍重排率增加，远低于ChrV-L的23倍增幅。这证实基因组不稳定性的区域偏倚直接取决于缺陷起点的空间分布密度。

该研究首次阐明了CDK调控失常导致基因组不稳定性区域偏倚的具体机制：G1期CDK抑制缺失通过差异性削弱特定区域多个相邻起点（包括活跃和休眠起点）的活性，造成局部复制冗余性丧失。这种"区域性起点枯竭"导致受影响区域无法在有限时间窗口内完成复制，被迫携带未完成复制的DNA进入有丝分裂，最终引发染色体断裂和重排。研究创新性地揭示了癌细胞中观察到的基因组不稳定性空间分布异质性的重要成因，为理解肿瘤发生发展中的基因组进化规律提供了新视角。特别值得注意的是，研究发现即使在没有外源压力的情况下，局部起点活性不足本身就足以诱发区域性不稳定，这一发现对癌症基因组脆弱位点的形成机制提出了新的解释框架。