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DNA损伤修复在维持基因组稳定性中发挥关键作用，其相关基因的突变可能危害基因组完整性，并增加癌症发生的风险。顺铂（Cisplatin）和电离辐射（IR）等DNA损伤药物被广泛用于肿瘤治疗，但临床治疗中不断发现病人对这些治疗产生耐药性突变。

2024年12月11日，北京大学魏文胜团队在Cell Reports杂志在线发表题为“Mapping functional elements of the DNA damage response through base editor screens”的研究论文。基于实验室此前开发的赖氨酸功能位点筛选策略和基因敲除策略^1–3，研究团队分别利用腺嘌呤碱基编辑器和胞嘧啶碱基编辑器，对全基因组范围内的赖氨酸位点或基因进行靶向编辑，实现赖氨酸位点突变或敲除基因。随后在人类视网膜色素上皮细胞系（RPE1）中进行筛选,并结合两种DNA损伤药物处理，最终筛选出多个在DNA损伤修复过程中具有关键作用的氨基酸位点及基因（图1）。

图1 筛选流程和结果

在Cisplatin筛选结果中，负向排名前十的基因大多为已知FA修复通路的关键因子（如FANCM、FANCA、FANCG等）。研究发现其中STK35基因从未被发现与DNA损伤应答相关。文献显示，其家族成员STK19和STK11分别参与TC-NER途径和UVB诱导损伤修复。后续实验证实，STK35是一个潜在的DNA修复因子，在DNA修复过程中发挥重要作用。

2019年，C17orf53被鉴定为DNA链间交联（ICL）修复的关键因子。在本研究中，筛选结果表明C17orf53的K494位点是其在DNA损伤修复中的关键氨基酸位点。K494的突变破坏了C17orf53与其上游因子RPA的相互作用，导致严重的ICL修复缺陷、G2/M细胞周期停滞以及对顺铂治疗的敏感性显著增强。

此外，研究还鉴定出多个与DNA损伤修复相关的重要翻译后修饰位点，例如p53的K120是调控其凋亡功能的重要乙酰化位点，该位点突变可导致细胞对DNA损伤药物的高度耐受。

总结来说，本研究通过多种碱基编辑筛选策略，系统性地绘制了影响DNA损伤应答的功能性赖氨酸位点及相关基因图谱，为DNA损伤应答基因功能研究提供了全新视角，也有助于加速癌症治疗中的耐药性变异研究（图2）。

图2 总结图

本研究的共同第一作者为北京大学魏文胜课题组的潘倩博士（已毕业）与博士研究生张芷瑄。博士研究生熊杨芳、博士后宝颖、博士研究生陈天欣和许萍博士（已毕业）等人亦作出了重大贡献。研究获得了国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心及昌平实验室的资助。

文章链接:  https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115047.

 

参考文献：

1.      Xu, P., Liu, Z., Liu, Y., Ma, H., Xu, Y., Bao, Y., Zhu, S., Cao, Z., Wu, Z., Zhou, Z., et al. (2021). Genome-wide interrogation of gene functions through base editor screens empowered by barcoded sgRNAs. Nat Biotechnol 39, 1403–1413. https://doi.org/10.1038/s41587-021-00944-1.

2.      Zhu, S., Cao, Z., Liu, Z., He, Y., Wang, Y., Yuan, P., Li, W., Tian, F., Bao, Y., and Wei, W. (2019). Guide RNAs with embedded barcodes boost CRISPR-pooled screens. Genome Biology 20. https://doi.org/10.1186/s13059-019-1628-0.

3.      Bao, Y., Pan, Q., Xu, P., Liu, Z., Zhang, Z., Liu, Y., Xu, Y., Yu, Y., Zhou, Z., and Wei, W. (2023). Unbiased interrogation of functional lysine residues in human proteome. Molecular Cell 83, 4614-4632.e6. https://doi.org/10.1016/j.molcel.2023.10.033.