科技前沿
CSB蛋白调控R-loop形成揭示衰老与癌症内在联系
2024-08-01 09:20  点击:11
 近日,来自西湖大学的付向东教授团队携手加州大学圣地亚哥分校的王栋教授团队,在《Nature Communications》这一顶级科学期刊上发表了一项重要研究成果,论文标题为《Cockayne Syndrome linked to Elevated R-Loops Induced by Stalled RNA Polymerase II during Transcription Elongation》。该研究聚焦于R-loop结构,深入剖析了CSB蛋白在哺乳动物神经元细胞基因组复制与转录过程中的核心调控作用,并揭示了CSB基因突变可能通过共同病理机制加速衰老与癌症发展的新见解。
 
研究团队综合运用了R-ChIP、ChIP-seq、PRO-seq等前沿高通量测序技术,结合体外转录系统与先进的机器学习算法,系统地解析了CSB在维护转录调控与基因组稳定性中的关键作用。他们发现,CSB的缺失会导致RNA聚合酶II(RNAPII)在转录延长过程中,特别是在富含T-run序列的区域发生停滞,进而触发R-loop(RNA-DNA杂合结构)的过量形成,最终加剧基因组的不稳定性。
 
具体而言,研究团队通过R-ChIP技术发现,CSB水平的降低显著增加了R-loop的数量与规模。ChIP-seq数据进一步表明,CSB的结合位点与R-loop及RNAPII停滞位点紧密相关,特别是在基因主体区域。此外,CSB的缺失显著减弱了RNAPII的信号,这一效应在RNA转录本的3'端尤为突出。团队还通过体外实验验证了T-run序列是导致RNAPII停滞的关键因素,并发现CSB的酵母同源物Rad26能有效缓解这一停滞现象。
 
鉴于CSB缺陷与神经病理症状之间的紧密联系,研究团队进一步在多种小鼠及人源神经细胞模型中进行了转录组分析。他们发现,CSB的缺失主要影响了与神经元功能密切相关的长基因表达,这些基因在人源细胞中的表达显著下调,而在小鼠细胞中则因进化导致的内含子长度差异而受影响较小。这一跨物种差异为解释CSB基因突变为何在小鼠中主要诱发癌症,而在人类中则导致早衰及严重神经发育缺陷提供了新视角。
 
该研究不仅深化了我们对CSB在维持基因组稳定性中作用机制的理解,还揭示了衰老与癌症之间可能存在的内在联系。作为衰老与癌症的共同特征,基因组不稳定性的调控成为研究的关键点。CSB通过精准调控R-loop的形成,在维护基因组稳定中扮演了至关重要的角色。这一发现为探索衰老与癌症的防治策略提供了新的思路,即通过调控R-loop的形成来减缓衰老进程或抑制癌症的发展。
 
该项成果是西湖大学付向东课题组与加州大学圣地亚哥分校王栋课题组紧密合作的结果,共同第一作者包括加州大学圣地亚哥分校的张璇博士、浙江大学医学院/转化医学研究院的许军研究员以及电子科技大学医学院的胡婧研究员。付向东教授与王栋教授担任论文的共同通讯作者,多位学者在该研究中作出了重要贡献。
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