揭示了組蛋白促進停滯DNA復制叉重啟的重要功能

　　DNA復制是一個十分精細的分子調控過程， 在DNA復制過程中體內體外大量的刺激因素如UV、染色質高級結構的阻攔等會產生DNA復制壓力(replication stress)，從而使得復制叉停滯（fork stall）甚至垮塌（fork collapse）造成DNA損傷(DNA damage)，進而導致基因組不穩定，因此DNA復制應激的響應和修復對于保證DNA復制完成的準確性和染色質穩定性以及正常的細胞命運具有重要意義。DNA復制壓力產生后會形成單鏈DNA，單鏈DNA會迅速被RPA復合物識別，進而啟動ATR信號分子的激活。ATR作為重要的磷酸激酶在DNA復制應激過程中起到至關重要的作用，而ATR信號通路的激活是ATR發揮功能的關鍵。在面臨DNA復制應激條件下，RPA復合物會與暴露的單鏈DNA結合形成平臺，招募ATR以及ATR的激活分子如ATRIP、TopBP1、ETAA1等促進ATR的激活。目前已有部分研究報道組蛋白修飾酶類和組蛋白修飾會參與DNA復制應激以及DNA損傷修復，但是組蛋白修飾是否會直接參與并調控ATR通路的激活尚不清楚。

　　2021年6月2日，深圳大學朱衛國教授團隊在PNAS在線發表題為SETD2-mediated H3K14 trimethylation promotes ATR activation and stalled replication fork restart in response to DNA replication stress的長文文章，揭示了組蛋白甲基化修飾參與調控ATR信號通路激活，并促進停滯的DNA復制叉重啟的重要功能。

　　研究人員首先發現了組蛋白賴氨酸位點H3K14可以發生甲基化修飾，并且通過制備特異性抗體進一步驗證發現在多種細胞系和小鼠組織中均存在H3K14甲基化修飾，作者進一步通過甲基化酶篩選和體內體外實驗驗證，發現組蛋白甲基化酶SUV39H1和SETD2可以催化H3K14的三甲基化修飾。

　　進一步的生理學功能探索發現在DNA復制壓力刺激下，H3K14me3水平有一個明顯的上升，且這種上升主要是由于在DNA復制壓力情況下SETD2被招募到染色質上催化帶來的。之后發現，H3K14me3可以直接與RPA復合物相互結合，并且促進RPA復合物在DNA復制壓力情況下到染色質以及復制叉上的招募。作者發現在SETD2敲除的細胞中給與DNA復制壓力刺激，ATR信號通路的激活大幅度下降，而且確定了這種現象是與SETD2的催化活性相關的，回補SETD2的催化活性區域之后能夠恢復ATR信號通路的激活。

　　作者接下來在模擬H3K14非甲基化狀態的H3K14突變穩轉細胞系中發現在DNA復制壓力刺激下，ATR信號通路的激活同樣大幅度下降。值得注意的是，作者發現H3K36me3作為SETD2的經典組蛋白甲基化底物，在DNA復制壓力條件下并沒有發生明顯改變，且將H3K36突變之后也沒觀察到對ATR信號通路激活的明顯影響，提示H3K14me3和H3K36me3可能在不同條件下發揮功能。

　　最后作者發現SETD2敲除和H3K14突變均可以導致停滯的DNA復制叉重啟延遲和放緩，SETD2介導的H3K14me3對DNA復制壓力導致的細胞周期阻滯的恢復過程起到重要的影響，基于此機制作者通過細胞存活實驗發現SETD2敲除或H3K14突變的腫瘤細胞對于產生DNA復制壓力的藥物敏感性顯著增強。

　　綜上，該項研究鑒定了新的組蛋白甲基化修飾位點H3K14me3的甲基化酶，發現組蛋白修飾能夠直接影響RPA復合物在染色質上的招募，從而將組蛋白修飾與ATR信號通路的激活聯系起來，說明組蛋白修飾參與調控了DNA復制壓力的最開始的響應過程，提出了SETD2-H3K14me3-RPA-ATR的調控通路。針對該機制，對于未來臨床治療SETD2突變的腫瘤策略和藥物研發具有重要的提示意義。

　　深圳大學朱衛國教授和劉向宇研究員為本文的通訊作者，深圳大學博士后朱騫為本文的第一作者。

　　DNA復制壓力條件下SETD2介導的H3K14me3調控ATR激活的信號通路