Arp2/3复合物与I型肌球蛋白调控酿酒酵母双链断裂修复中的染色体运动与末端切除

本研究针对双链断裂(DSB)修复过程中染色体运动与末端切除的调控机制展开探索。研究人员通过抑制Arp2/3复合物活性及降解其核化促进因子Las17WASP和I型肌球蛋白，发现这些因子不仅控制断裂染色体的运动范围(Rc)，还参与5'→3'末端切除的起始与维持。研究揭示了Arp2/3在DNA损伤应答中的进化保守作用，为理解同源重组修复效率与染色体动态的关联提供了新见解。成果发表于《Nature Communications》。

　　

基因组稳定性对细胞存活至关重要，而双链断裂(DSB)是最危险的DNA损伤类型之一。在真核生物中，同源重组(HR)修复需要断裂末端寻找同源模板，这一过程被认为依赖于损伤位点染色质的增强运动。然而，驱动这种动态变化的分子机制长期未明，特别是核内肌动蛋白网络如何参与这一过程仍存在重大知识空白。

哈佛大学医学院的研究人员通过酿酒酵母模型系统，揭示了Arp2/3分支肌动蛋白复合物在DSB修复中的关键作用。研究发现，抑制Arp2/3活性或降解其核化促进因子Las17^WASP会显著降低断裂染色体的运动范围(R_c)，同时损害5'→3'末端切除过程。这项工作阐明了肌动蛋白调控网络在DNA损伤应答中的核心地位，为理解染色体动态与修复效率的关系提供了分子基础。相关成果发表在《Nature Communications》上。

研究采用了几项关键技术：1) 使用荧光标记的Ddc2-GFP示踪DSB位点，结合平均平方位移(MSD)分析定量染色体运动；2) 构建多种基因修饰菌株，包括AID(auxin-inducible degron)降解系统靶向Las17和肌球蛋白；3) qPCR限制酶消化法检测不同位点的末端切除效率；4) 细胞周期检查点分析结合Western blot检测Rad53磷酸化状态。

结果部分显示：

标记和追踪双链断裂的移动性

研究人员开发了基于Ddc2-GFP标记的系统，通过平均平方位移分析证实Arp2/3抑制剂CK-666处理使DSB的R_c从0.98μm降至0.62μm，而内吞作用关键因子Sla2的缺失不影响这一过程。

Arp2/3影响局部和全局染色质移动

使用GFP-LacI/lacO系统发现，Arp2/3活性阻断会抑制DSB诱导的染色质运动增强，无论处理发生在断裂前或后。

核化促进因子是DSB诱导移动性增加所必需的

Las17的WH2结构域缺失使R_c从0.95μm降至0.5μm，显示该结构域对染色体运动的关键作用。I型肌球蛋白Myo3或Myo5的单缺失同样降低R_c，但可通过表达另一同源物互补。

Arp2/3和I型肌球蛋白是损伤依赖性焦点形成所必需的

Arp2/3抑制导致Ddc2-GFP和Rad51-GFP焦点形成率从80%降至15%，且不依赖Ku70/80二聚体。

Arp2/3参与末端切除的起始和维持

Las17降解严重损害长程切除，而肌球蛋白缺失主要影响运动性而非切除。有趣的是，Exo1过表达可部分挽救CK-666引起的运动缺陷。

切除抑制降低DSB移动性

抑制长程切除(通过fun30Δ或exo1Δ dna2-AID)会降低R_c，表明持续切除对维持高移动性的必要性。

阻断Arp2/3活性激活TM检查点

Arp2/3抑制导致典型的12-15小时检查点缩短至4小时，该过程依赖Tel1^ATM/Mre11(TM)检查点通路。

DSB移动性和基因转换修复

虽然肌球蛋白缺失不影响修复效率，但Las17降解使存活率显著降低，这种缺陷可通过延长检查点阻滞部分挽救。

这项研究确立了Arp2/3复合物在DSB修复中的双重角色：既通过肌动蛋白分支网络调控染色体运动，又参与末端切除的起始与维持。发现持续切除而非单纯ssDNA形成是维持高移动性的关键，挑战了现有认知。TM检查点的激活机制揭示了Arp2/3与损伤信号通路的交叉调控。这些发现不仅深化了对核肌动蛋白在基因组稳定性维持中作用的理解，也为相关疾病的治疗策略开发提供了新思路。