NHQLive+邓麟+NC | 首次揭示了复制应激会引发有丝分裂期的核膜重组缺陷

DNA复制与染色体分离是细胞周期中的两个核心事件。在癌基因激活、DNA损伤药物暴露或核苷酸耗竭等因素所引起的复制应激（replication stress）下，始于S期的复制紊乱会持续到有丝分裂期，并导致有害后果。然而，复制应激除引起基因组非稳定性外，是否会引起其它细胞或细胞器功能障碍仍然未知。

研究团队通过多种复制应激模型，借助活细胞延时成像（NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析仪）、免疫荧光、透射电镜等技术，发现复制应激引起BAF和cGAS焦点/聚集体(foci)的形成以及细胞核RFP-NLS的外泄，从而揭示细胞核膜缺陷（nuclear defect）。重要的是，这种缺陷并非由于核膜的直接损伤造成，而是由于有丝分裂末期的核膜重新组装的缺陷（NERD）所致。这一成果首次建立了复制应激条件下细胞核膜动态变化和基因组不稳定性之间的联系。

课题组前期利用非洲爪蟾（Xenopus laevis）体外DNA复制系统，首次重建了有丝分裂早熟过程，发现TMEJ通路促进有丝分裂期的DNA双链断裂（DSB, DNA double-strand break）修复。研究进一步探索有丝分裂期的DNA损伤修复通路，特别是TMEJ和MUS81-POLD3通路，是否调控NERD。值得一提的是，经典的DSB修复通路如同源重组（HR，homologous recombination）和非同源末端连接（NHEJ，non-homologous end joining）在有丝分裂期处于非激活状态。通过系统性的筛选，研究团队发现POLQ敲降或者敲除后，细胞在复制应激过程中NERD水平显著升高。而MUS81或者POLD3的敲降对NERD影响有限。

在细胞核内，染色质DNA会与细胞核骨架特别是核纤层蛋白Lamin A/C和Lamin B1相互作用，形成核纤层相关结构域（LADs，lamina associated domains）。利用CUT&Tag技术，研究团队发现复制应激会导致LADs数目的减少。重要的是，他们鉴定出一类对复制应激敏感的LADs，将其命名为RESSLADs（replication stress-sensitive LADs）。进一步研究发现，NERD位点的Lamin A/C的22号丝氨酸（Ser22）在复制应激下处于持续磷酸化状态，导致染色质DNA与Lamin蛋白的相互作用减弱，解释了RESSLADs的减少的潜在原因。最后，研究团队发现，在许多合成致死条件下，如Aphidicolin + ATR抑制剂，BRCA2 KO + POLQ抑制剂ART558或PAPR抑制剂Olaparib，细胞均会发生明显的NERD。因此，NERD以及核膜脆性（nuclear fragility）可能作为一种广泛存在的现象存在于各种基因组非稳定性事件中。

TMEJ抑制复制应激诱导的NERD的有丝分裂DNA修复模型

图源：Mitotic DNA repair by TMEJ suppresses replication stress-induced nuclear envelope reassembly defect

我们衷心祝贺邓麟团队取得的这一重要科研进展，也深感荣幸能够通过倍捷锐NHQLive无标记高内涵活细胞成像分析仪为这项研究提供技术支持。这一合作成果充分体现了"燎原计划"推动科研创新的初衷。展望未来，我们期待与更多科研团队携手，共同探索生命科学的前沿领域。