基因組的完整性是細(xì)胞發(fā)揮功能和維持生存的核心基礎(chǔ)，而極端的自然環(huán)境會(huì)對(duì)DNA造成嚴(yán)重的損傷。DNA雙鏈斷裂（DNA double-strand breaks, DSB）是最嚴(yán)重的損傷類型之一，會(huì)導(dǎo)致染色體異常、細(xì)胞癌變及死亡。同源重組修復(fù)（Homologous Recombination, HR）是最精確的損傷修復(fù)方式，根據(jù)修復(fù)機(jī)制的不同，又可分為合成依賴的鏈退火修復(fù)（synthesis-dependent strand-annealing, SDSA）和單鏈退火途徑（single-strand annealing, SSA）。HR機(jī)制的研究具有重要的科學(xué)意義和潛在的應(yīng)用價(jià)值，目前仍然有很多關(guān)鍵組分及調(diào)控機(jī)制有待被進(jìn)一步的發(fā)現(xiàn)和闡明，如SDSA修復(fù)途徑中調(diào)控DNA鏈退火過(guò)程的關(guān)鍵蛋白、HR相關(guān)蛋白發(fā)生液-液相分離的分子機(jī)制等。

針對(duì)這些問(wèn)題，近日，湖南師范大學(xué)李東屏教授課題組聯(lián)合中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)/河北大學(xué)鞏志忠教授課題組、遺傳所趙玉勝研究員團(tuán)隊(duì)，在國(guó)際期刊Nature Communications在線發(fā)表了題為AtMCM10 facilitates SDSA-mediated intermolecular homologous recombination repair via liquid-liquid phase separation in DNA damage response的研究論文。

在該研究中，研究者發(fā)現(xiàn)擬南芥mcm10突變體對(duì)DNA損傷試劑（如Zebularine，MMC）及高鹽脅迫處理表現(xiàn)出敏感的表型，細(xì)胞內(nèi)會(huì)積累大量斷裂的DNA，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。細(xì)胞學(xué)觀察發(fā)現(xiàn)，在響應(yīng)DNA損傷脅迫時(shí)， AtMCM10蛋白會(huì)在損傷位點(diǎn)處發(fā)生液-液相分離，且單鏈DNA也會(huì)促進(jìn)AtMCM10蛋白發(fā)生相分離。遺傳分析表明，AtMCM10主要位于ATM通路的下游。研究者發(fā)現(xiàn)AtMCM10具有DNA鏈退火活性，可將單鏈DNA迅速退火成雙鏈DNA。而在Atmcm10突變體中，由于退火過(guò)程無(wú)法快速進(jìn)行，導(dǎo)致SDSA損傷修復(fù)途徑在響應(yīng)損傷脅迫時(shí)無(wú)法高效的完成。

該研究揭示了AtMCM10在HR修復(fù)過(guò)程中的功能：AtMCM10可感知損傷位點(diǎn)的單鏈DNA，并在單鏈DNA的作用下在損傷位點(diǎn)附近聚集并發(fā)生液-液相分離，之后AtMCM10通過(guò)其DNA鏈退火活性迅速將受損的一條DNA鏈與完好的同源DNA鏈退火成雙鏈，以保證SDSA修復(fù)途徑能精確迅速的完成。該研究首次鑒定并報(bào)道了SDSA修復(fù)途徑中的關(guān)鍵DNA鏈退火蛋白，為基于 HR 修復(fù)機(jī)制的相關(guān)技術(shù)研發(fā)提供了新的基因資源；解析了單鏈DNA 與內(nèi)在無(wú)序區(qū)（intrinsically disordered regions, IDRs）共同驅(qū)動(dòng) AtMCM10 在損傷位點(diǎn)發(fā)生液–液相分離的分子機(jī)制，拓展了對(duì) HR 途徑中損傷修復(fù)調(diào)控模式的理論認(rèn)識(shí)。此外，該研究探究了高鹽脅迫誘導(dǎo)的DNA 損傷修復(fù)的關(guān)鍵過(guò)程，為改良作物耐鹽性提供了新的思路。

AtMCM10調(diào)控DNA損傷修復(fù)的工作模型

湖南師范大學(xué)博士后趙新杰與中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士后張?zhí)烊?/strong>、已畢業(yè)博士金丹為該論文共同第一作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)/河北大學(xué)鞏志忠教授、湖南師范大學(xué)李東屏教授、趙新杰及中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所趙玉勝研究員為本文共同通訊作者，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)博士生陳慧、博士后白櫟及湖南師范大學(xué)研究生夏詩(shī)琪參與了該工作。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)郭巖教授對(duì)該研究提供了重要指導(dǎo)和技術(shù)支持。湖南師范大學(xué)田連福校聘副教授、青年講師黃驪群及湖南文理學(xué)院郝小花副教授對(duì)該研究提供了指導(dǎo)和幫助。該工作得到了中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目、湖南省自然科學(xué)基金青年基金項(xiàng)目和湖南省教育廳優(yōu)秀青年項(xiàng)目的資助。

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https://doi.org/10.1038/s41467-025-66705-9