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2023 年 8 月 9 日，復旦大學生物醫學研究院 / 附屬腫瘤醫院陳飛課題組與浙江大學陸華松課題組合作，在 Nature 雜志以長文形式發表了文章 R-loop dependent promoter-proximal termination ensures genome stability ( 《R-loop 依賴的啓動子近端轉錄早期終止維持基因組穩定性》 ) 。該研究首次發現了 INTAC 復合物與單鏈 DNA 識别復合物 SOSS 穩定結合并形成 SOSS-INTAC 復合物；該復合物以凝聚體的形式通過調控細胞内 R-loop 的水平維持基因組穩定性。
高等生物中，由 RNA 聚合酶 II ( Pol II ) 介導的轉錄是一個高度動态的過程，包括了轉錄起始、啓動子近端暫停、延伸和終止等步驟。完成轉錄起始的 Pol II 會在轉錄起始位點 ( TSSs ) 下遊 200 bp 的視窗内發生短暫暫停，并面臨兩種命運選擇——走向有效延伸 ( productive elongation ) 或者在啓動子附近發生轉錄早期終止（promoter-proximal premature termination）。其中，前者由蛋白激酶復合物 P-TEFb 調控，它能有效促進基因的轉錄激活；後者由包含磷酸酶活性的 INTAC 復合物調控，會導致該輪轉錄過程的提前結束。因此，轉錄機器在啓動子區網域的命運抉擇，被認為是高等生物中基因轉錄調控的核心步驟之一，也是轉錄精準調控的關鍵質控環節。然而，相比于人們對 P-TEFb 介導的有效延伸的充分認知，INTAC 介導轉錄早期終止的調控機制仍存在很多未解之謎。
基因轉錄過程中產生的新生 RNA（nascent RNA）可以與打開的雙鏈 DNA 中的模板鏈發生鹼基互補配對，形成 RNA:DNA 雜交鏈。RNA:DNA 雜交鏈與未配對的單鏈 DNA（single-strand DNA, ssDNA）所形成的三鏈核酸結構被稱為 R-loop。R-loops 結構穩定，通常富集于 Pol II 發生較高水平暫停的啓動子區網域以及活躍表達的基因上。已有研究表明，R-loop 的異常累積會對基因組穩定性造成重大威脅。一方面，R-loop 中暴露的 ssDNA 極易受到誘變劑和核酸酶的攻擊；另一方面，R-loop 會阻礙復制叉前行，誘發轉錄與復制衝突。因此，R-loop 水平的精準調控也是維持基因組穩定性的重要質控環節。然而，作為轉錄過程中廣泛產生的副產物，人們對于基因轉錄機器如何調控 R-loop 水平和維持基因組穩定性的機制并不清楚。
陳飛團隊在分析 INTAC 的蛋白互作質譜結果時發現，INTAC 與一個單鏈 DNA 識别復合物 SOSS（Sensor of Single-Strand DNA）存在非常強的相互作用。SOSS 在之前的研究中被發現主要在 DNA damage repair 中起作用。研究者通過一系列體内外的生物化學以及基因組學等實驗手段證明了 SOSS-INTAC 復合物在染色質上的穩定存在。
進一步的研究發現，SOSS-INTAC 復合物主要結合在基因的啓動子區網域。SOSS 中的 ssDNA 識别蛋白會誘導 SOSS-INTAC 與 ssDNA 結合，并促進 SOSS-INTAC 復合物在染色質上的招募及發揮轉錄早期終止的功能。機制研究表明，SOSS-INTAC 在染色質上的結合依賴于 R-loop 結構中的 ssDNA。識别 R-loops 之後，SOSS-INTAC 通過其 RNA 核酸内切酶作用誘導轉錄早期終止，同時協同 RNA 核酸外切酶 exosome 和 XRN2，防止 R-loops 的過度積累，從而實現維持基因組穩定性的功能。最後，研究者還發現 SOSS-INTAC 在細胞内以生物大分子凝聚體的形式存在，并且這種凝聚體被破壞後會顯著影響 SOSS-INTAC 調控 R-loops 和基因組穩定性的能力。
SOSS-INTAC 的工作模型。SOSS-INTAC 通過 SOSS 所具有的 ssDNA 識别能力，以生物大分子凝聚體的形式通過識别轉錄過程產生的 R-loop 結構中的 ssDNA 将 INTAC 招募至染色質上，發揮基因轉錄早期終止的功能；SOSS-INTAC 與 RNA 核酸外切酶 exosome 和 XRN2 協同，抑制染色質上 R-loops 過度積累，從而維持細胞内的基因組穩定性。
綜上所述，該研究論文首次鑑定了一個基因轉錄和基因組穩定性調控復合物 SOSS-INTAC，并揭示了其在基因轉錄調控和基因組穩定性維持中的 " 雙重質控 " 功能，是基因轉錄與基因組穩定性交叉研究領網域的又一突破性發現。
復旦大學附屬腫瘤醫院博士後徐從玲（即将入職同濟大學生命科學與技術學院，獨立 PI），浙江大學生命科學研究院 20 級直博生李呈瑜，復旦大學生物醫學研究院原博士後、復旦大學附屬腫瘤醫院助理研究員陳吉偉，復旦大學生物醫學研究院 21 級直博生熊燕為本研究共同第一作者。復旦大學生物醫學研究院 / 附屬腫瘤醫院陳飛研究員和浙江大學陸華松研究員為共同通訊作者。
論文信息：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-06515-5
