DNA損傷修複在維持基因組穩定性中發揮關鍵作用，其相關基因的突變可能危害基因組完整性，并增加癌症發生的風險。順鉑（Cisplatin）和電離輻射（IR）等DNA損傷藥物被廣泛用于腫瘤治療，但臨床治療中不斷發現病人對這些治療産生耐藥性突變。

2024年12月11日，北京大學魏文勝團隊在Cell Reports雜志在線發表題為“Mapping functional elements of the DNA damage response through base editor screens”的研究論文。基于實驗室此前開發的賴氨酸功能位點篩選策略和基因敲除策略^1–3，研究團隊分别利用腺嘌呤堿基編輯器和胞嘧啶堿基編輯器，對全基因組範圍内的賴氨酸位點或基因進行靶向編輯，實現賴氨酸位點突變或敲除基因。随後在人類視網膜色素上皮細胞系（RPE1）中進行篩選，并結合兩種DNA損傷藥物處理，最終篩選出多個在DNA損傷修複過程中具有關鍵作用的氨基酸位點及基因（圖1）。

圖1 篩選流程和結果

在Cisplatin篩選結果中，負向排名前十的基因大多為已知FA修複通路的關鍵因子（如FANCM、FANCA、FANCG等）。研究發現其中STK35基因從未被發現與DNA損傷應答相關。文獻顯示，其家族成員STK19和STK11分别參與TC-NER途徑和UVB誘導損傷修複。後續實驗證實，STK35是一個潛在的DNA修複因子，在DNA修複過程中發揮重要作用。

2019年，C17orf53被鑒定為DNA鍊間交聯（ICL）修複的關鍵因子。在本研究中，篩選結果表明C17orf53的K494位點是其在DNA損傷修複中的關鍵氨基酸位點。K494的突變破壞了C17orf53與其上遊因子RPA的相互作用，導緻嚴重的ICL修複缺陷、G2/M細胞周期停滞以及對順鉑治療的敏感性顯著增強。

此外，研究還鑒定出多個與DNA損傷修複相關的重要翻譯後修飾位點，例如p53的K120是調控其凋亡功能的重要乙酰化位點，該位點突變可導緻細胞對DNA損傷藥物的高度耐受。

總結來說，本研究通過多種堿基編輯篩選策略，系統性地繪制了影響DNA損傷應答的功能性賴氨酸位點及相關基因圖譜，為DNA損傷應答基因功能研究提供了全新視角，也有助于加速癌症治療中的耐藥性變異研究（圖2）。

圖2 總結圖

本研究的共同第一作者為北京大學魏文勝課題組的潘倩博士（已畢業）與博士研究生張芷瑄。博士研究生熊楊芳、博士後寶穎、博士研究生陳天欣和許萍博士（已畢業）等人亦作出了重大貢獻。研究獲得了國家自然科學基金、北大-清華生命科學聯合中心及昌平實驗室的資助。

文章鍊接: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2024.115047

參考文獻：

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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.