TELS1独立于TRF2稳定端粒t环并调控多能细胞端粒长度的机制研究

本期推荐：为解决多能细胞中端粒保护机制不明的问题，研究人员开展TELS1蛋白功能研究，发现其独立于TRF2稳定端粒环（t-loop）结构，揭示UBR5介导的线性端粒损伤耐受新机制，为胚胎发育期端粒动态调控提供重要理论突破。

　　

在生命科学领域，染色体末端的端粒保护机制一直是研究的核心问题。哺乳动物端粒通过形成特殊的环状结构（t-loop）来隐藏染色体末端，防止被DNA损伤修复系统识别。传统观点认为TRF2（端粒重复结合因子2）是t-loop形成的关键蛋白，但在小鼠胚胎干细胞（mESC）中，TRF2缺失后t-loop依然存在，表明存在未知的替代机制。这一矛盾现象促使研究人员探索多能细胞中独特的端粒保护途径。

为了揭示多能细胞中t-loop形成的分子机制，研究团队采用蛋白质组学技术（PICh）分离端粒染色质，通过CRISPR-Cas9基因编辑构建多种敲除细胞系，结合超分辨率显微成像、体外链入侵实验、基因组规模CRISPR筛选等技术手段，其中胚胎干细胞样本来源于C57BL/6J小鼠品系。

研究团队首先通过PICh技术鉴定出204个端粒相关蛋白，其中ZSCAN20（更名为TELS1）因含有Myb结构域被重点关注。免疫荧光和超分辨率显微成像证实TELS1特异性定位于mESC端粒，而在分化细胞中主要呈非端粒分布。体外实验表明TELS1特异性结合G-rich端粒单链DNA（ssDNA），亲和力达120nM。

在机制探索方面，研究发现TELS1通过C端锌指结构域（Z5-10）靶向端粒，其过表达可使TRF1焦点重组为环状结构。通过psoralen/UV交联实验证实TELS1缺失使t-loop形成率从25%降至5-8%，与TRF2缺失的成纤维细胞表型相当。值得注意的是，TELS1缺失细胞仍保持3'端粒悬突（overhang）完整，且端粒保护未受影响，γH2AX焦点和端粒融合现象未见增加。

分子机制研究表明，TELS1能促进双链DNA的链入侵过程，体外实验显示其可刺激G-rich和C-rich寡核苷酸入侵超螺旋质粒，而同样结合G-rich链的POT1蛋白无此功能。这种特性可能源于TELS1对瞬态单链缺口的识别能力。

功能研究揭示t-loop结构调控端粒酶招募的新机制。TELS1缺失细胞中，虽然shelterin复合物结合未受影响，但端粒酶逆转录酶（TERT）招募显著增加，荧光邻近连接实验（PLA）证实端粒酶与端粒空间邻近性增强。在分化细胞中，TRF2缺失24小时后同样出现t-loop解离和端粒酶临时招募现象，表明t-loop结构对端粒酶的可及性具有保守的调控作用。

研究还发现mESC中存在独特的线性端粒损伤耐受机制。基因组CRISPR筛选鉴定出UBR5（E3泛素连接酶）是TELS1缺失细胞的合成致死基因，UBR5敲除导致线性端粒激活DNA损伤应答。在分化细胞中，通过TELS1-ZBTB48融合蛋白靶向端粒可部分恢复t-loop形成并减轻TRF2缺失引起的端粒融合。

讨论部分强调本研究揭示了发育调控的TRF2非依赖性t-loop稳定机制。TELS1与TRF2虽然结构无关，但都能形成具有相似频率和形态的t-loop结构，实现端粒末端保护功能。研究提出了"可及性底物结合"模型：mESC端粒中存在的单链缺口可能阻碍TRF2的拓扑学作用，但为TELS1提供了结合位点。UBR5介导的耐受机制解释了多能细胞中线性端粒为何能避免DNA损伤应答，这一发现对理解早期胚胎发育中的端粒重编程具有重要意义。

该研究发表于《Cell Reports》，不仅验证了t-loop结构的保护功能，还揭示了多能细胞特异的端粒调控网络，为发育生物学和再生医学研究提供了新视角。