浙江大学，最新Nature大子刊，细胞应对基因毒性胁迫的新机制！

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细胞在生命活动中持续遭受内外源因素的威胁，其中DNA损伤是导致基因组不稳定和疾病发生的主要原因。为应对这些威胁，细胞进化出了复杂的DNA修复网络。转录偶联核苷酸切除修复是一种专门清除活跃转录基因上DNA损伤的关键修复通路。当紫外线等基因毒性因子导致RNA聚合酶II在损伤的DNA模板链上 stalled 时，TC-NER机制会被迅速激活以移除损伤并恢复转录。尽管对TC-NER的核心识别和切除机制已有较深入的了解，但一个关键问题悬而未决：作为修复前提，被损伤“卡住”的Pol II必须被有效地从DNA上移除，以暴露出下方的损伤位点。然而，调控这一关键步骤的精确分子机制，特别是如何协调损伤信号与Pol II的清除过程，至今仍不完全清楚。

有趣的是，紫外线不仅会造成DNA损伤，还会直接损伤RNA分子，从而在细胞质中触发一种名为“核糖体毒性应激反应”的警报系统。RSR是否以及如何与细胞核内的TC-NER进行通讯，进而影响DNA修复，是一个亟待探索的前沿领域。近期，来自浙江大学的陆华松和复旦大学的胡晋川等研究人员合作，发现了一个连接这两大关键过程的分子桥梁，其主要研究成果以“Integrator subunit INTS12 links ribotoxic stress to transcription-coupled nucleotide excision repair”为题，发表在《Nature Structural & Molecular Biology》期刊上。

主要内容

图1：INTS12响应紫外线诱导的核糖体毒性应激而被快速磷酸化。

为探究INTS12的功能，作者首先发现紫外线或4-NQO处理可诱导INTS12在Phos-tag凝胶中出现明显的迁移滞后现象，这是蛋白质磷酸化的典型特征。进一步的实验证实，这种修饰是真实的磷酸化事件，且具有应激特异性。通过使用激酶抑制剂筛选和CRISPR-Cas9基因敲除，作者发现INTS12的磷酸化完全依赖于ZAK激酶——RSR信号通路的核心启动因子。利用4-硫尿苷结合UVA特异性损伤RNA的实验，证实了RNA损伤而非DNA损伤是触发INTS12磷酸化的上游信号。最后，通过质谱分析结合定点突变，作者鉴定出INTS12上的三个关键磷酸化位点（S376， S378， S389），并证明三者同时突变为丙氨酸（3A突变体）可完全消除UV诱导的磷酸化。这一系列发现揭示了细胞通过ZAK激酶感知RNA损伤，并将信号传递给INTS12的全新机制。

图2：INTS12的磷酸化增强整合因子复合体向CSB的招募。

在确认INTS12发生应激磷酸化后，作者利用蛋白质谱进行相互作用组分析，寻找与磷酸化INTS12特异性结合的蛋白。结果发现，TC-NER的关键起始因子CSB在UV处理后与INTS12野生型的结合显著增强，但与不能磷酸化的INTS12-3A突变体的结合则很弱。通过免疫共沉淀、PLA以及体外结合实验，作者证实UV诱导的INTS12磷酸化直接促进了其与CSB的相互作用。更重要的是，当INTS12被敲低后，整个整合因子复合体的多个亚基与CSB的UV诱导结合几乎完全消失，表明磷酸化的INTS12作为关键接头分子，将整合因子复合体招募到损伤位点与CSB结合。这一过程依赖于Pol II的活跃转录，证实了INTS12介导的整合因子招募发生在受损伤停滞的Pol II上。

图3：INTS12对UV照射后的转录恢复和TC-NER至关重要。

鉴于INTS12与CSB的功能性联系，作者检测了INTS12在细胞应对UV胁迫中的作用。克隆形成实验表明，INTS12敲除的细胞对UV和4-NQO的敏感性增加，但对不诱导INTS12磷酸化的电离辐射无影响。通过EU标记新生RNA及TT-seq测序，作者发现INTS12缺失的细胞在UV照射后，其转录活性无法像正常细胞一样恢复，特别是长基因的转录恢复严重受阻。通过检测TC-NER特有的UDS信号，以及全基因组范围内的Damage-seq和XR-seq，作者发现在INTS12敲除细胞中，模板链上CPD的移除效率显著降低，表明TC-NER过程受损。这些结果强有力地证明了INTS12及其磷酸化是细胞通过TC-NER修复UV损伤并恢复转录所必需的。

图4：INTS12促进UV照射后损伤停滞Pol II的加工与移除。

为了阐明INTS12促进TC-NER的机制，作者将焦点集中在Pol II的动力学上。ChIP-Rx实验发现，UV照射后，正常细胞的Pol II会从启动子近端区域向基因下游延伸，形成一个“扫描波”以检测损伤。然而，在INTS12敲除细胞中，这种Pol II的下游延伸严重受阻。FRAP实验显示，INTS12敲除后，损伤停滞的Pol II在染色质上的固定化程度更高，移动性更差。DRB runoff实验也证实，INTS12缺失减慢了UV诱导的延伸型Pol II（Pol II-pS2）的清除速度。这些数据共同表明，INTS12介导了损伤停滞Pol II的有效清除，这是TC-NER得以顺利进行的前提。进一步的实验显示，INTS12的磷酸化以及整合因子的核酸内切酶活性INTS11，对于这一Pol II清除过程和随后的“扫描波”形成都是必需的。

图5：INTS12在转录偶联DNA-蛋白质交联物修复中的功能具有环境依赖性。

最后，作者探索了INTS12在另一种转录偶联修复——TC-DPCR中的作用。甲醛处理能同时诱导DPCs和RNA-蛋白交联物，并可激活ZAK激酶，使INTS12发生磷酸化。令人惊讶的是，尽管INTS12发生了磷酸化，但其敲除并未影响FA处理后细胞的转录恢复和存活，这与CSB敲除的细胞截然不同。DPC-seq测序结果显示，INTS12敲除细胞对活跃基因上DPC的移除效率甚至略有升高，而CSB敲除细胞则表现出明显的修复缺陷。这表明，对于FA诱导的DPC损伤，细胞采用了不依赖于INTS12的Pol II清除机制（可能是VCP/p97依赖的蛋白酶体降解途径）。这一发现强调了INTS12功能的“环境依赖性”：在UV诱导的TC-NER中不可或缺，但在FA诱导的TC-DPCR中则并非必需。

全文总结

总而言之，这项研究揭示了一条连接细胞质RNA损伤感知与细胞核DNA修复的关键调控轴。研究发现，紫外线等基因毒性因素导致的RNA损伤，会激活细胞质中的ZAK激酶，进而触发核内整合因子亚基INTS12的磷酸化。磷酸化的INTS12作为一个关键的分子接头，将整合因子复合体招募至CSB结合的、被损伤停滞的Pol II上，通过整合因子的活性促进Pol II的有效清除，从而为后续的TC-NER修复“扫清障碍”，最终保障基因组的完整性。该研究不仅阐明了TC-NER中Pol II清除这一瓶颈步骤的新机制，还揭示了INTS12功能的复杂性与环境依赖性，为理解不同转录偶联修复通路的特异性提供了全新的视角。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41594-026-01766-y