哺乳动物细胞内调控DNA重组方向性的关键因子

在适应性免疫中，免疫受体基因在免疫细胞发育的特定时期，会主动地发生DNA损伤。这种程序性DNA损伤需要被高效地修复，才能在DNA损伤发生时仍维持细胞的免疫学功能。抗体类型转换就是一个很好的例子：在抗体类型转换中，脱氨酶AID在抗体恒定区基因上产生的两个DNA双链断裂(DSBs)总是倾向于以“中间片段删除”的方式连接，最后重组成具有功能的抗体基因。在哺乳动物细胞中其它原因产生的DNA断裂连接，并不具备这种方向倾向性，即“中间片段删除”和“中间片段反转”的比例为1:1。这种哺乳动物细胞中方向倾向性重组的分子机制仍然未知。

中国科学院分子细胞科学卓越创新中心（生物化学与细胞生物学研究所）孟飞龙研究组发表题为“ERCC6L2 promotes DNA orientation-specific recombination in mammalian cells”的研究论文。该研究利用B细胞抗体类型转换重组为模型，发现ERCC6L2蛋白决定了抗体类型转换中DNA重组方向特异性。
在该项研究中，研究人员首次高通量整合了CRISPR/Cas9遗传学筛选与化学遗传学方法，对DNA修复基因在不同种类DNA损伤小分子化合物处理中的作用，做了全景描述。发现了新的非同源末端连接因子，并对于其中含有SWI2/SNF2家族重构酶/转座酶催化活性结构域的ERCC6L2基因进行了深入研究。与经典的非同源末端连接因子类似，ERCC6L2基因突变的病人呈现出骨髓衰竭的病征。在哺乳动物细胞体系中，ERCC6L2基因缺陷的细胞特异性对DNA双链损伤敏感，而ERCC6L2基因缺陷的B细胞不能进行高效的抗体类型转换。

对于B细胞免疫功能的进一步测定，研究人员发现ERCC6L2单基因缺陷影响了抗体类型转换，并不影响前体B细胞内的V(D)J免疫重排或生发中心B细胞内的抗体高频突变。在DNA损伤发生后，ERCC6L2蛋白能够通过其C端结构域，迅速地被招募到DNA损伤位点。而其N端重构酶/转座酶催化活性结构域是其发挥功能所必需的。ERCC6L2蛋白影响了其它非同源末端连接因子，特别是DNA连接酶复合物的招募。

这种缓慢发生的末端连接，导致了染色质三维结构域内DNA断裂的快速处理，从而使整个DNA重组体系丧失了方向特异性信息。利用高通量全基因组染色质易位测序法(HTGTS)，研究人员发现ERCC6L2蛋白酶活是方向倾向性重组必需的。该研究发现ERCC6L2是一个新的非同源末端连接因子，可以通过调控DNA末端连接的方向性促进DNA重组。

这些发现拓展了DSBs损伤修复领域的认知，发现了抗体类型转换重组过程中方向特异性连接的决定因子。对于方向性DNA重组的分子机制，仍有待进一步的研究。