mRNA的m5C修饰作为DNA损伤密码促进同源重组

m5C modification of mRNA serves a DNA damage code to promote homologous recombination.

作者信息Hao Chen, Haibo Yang, Xiaolan Zhu, Tribhuwan Yadav, Jian Ouyang, Samuel S Truesdell, Jun Tan, Yumin Wang, Meihan Duan, Leizhen Wei, Lee Zou, Arthur S Levine, Shobha Vasudevan, Li Lan
PMID32503981
发布时间2020-06-05
DOI10.1038/s41467-020-16722-7

实验完整度

高

包含体外细胞模型(U2OS)鉴定m5C诱导、TRDMT1功能、RAD52结合实验,并涉及小鼠体内肿瘤模型和TCGA数据分析。

主要模型

U2OS细胞(含U2OS-TRE) Flp-in 293细胞 MDA-MB-231异种移植小鼠模型 TCGA乳腺癌临床数据队列

重点核对

TA-KR诱导ROS损伤的U2OS-TRE细胞,光激活30分钟,恢复1小时 RAD52对含m5C RNA-DNA杂合体的结合亲和力(体外pull-down和EMSA) TRDMT1敲除细胞对IR和PARP抑制剂(Olaparib)的敏感性 MDA-MB-231异种移植小鼠,Olaparib给药剂量50 mg/kg,隔天一次

摘要

DNA修复蛋白向DNA损伤位点的募集是DNA修复的关键步骤。DNA损伤位点蛋白质的翻译后修饰作为DNA损伤密码,募集特定的DNA修复因子。在此,我们展示mRNA在DNA损伤位点被m5C局部修饰。RNA甲基转移酶TRDMT1被募集到DNA损伤位点以促进m5C诱导。TRDMT1缺失损害同源重组(HR),并增加细胞对DNA双链断裂(DSB)的敏感性。在TRDMT1缺失的情况下,RAD51和RAD52不能定位到活性氧(ROS)诱导的DNA损伤位点。在体外,RAD52对含有m5C修饰RNA的DNA:RNA杂合体表现出更高的亲和力。癌细胞中TRDMT1的缺失在体外和体内赋予对PARP抑制剂的敏感性。这些结果揭示了一个意想不到的TRDMT1-m5C轴,促进HR,表明RNA的转录后修饰也可以作为DNA损伤密码来调节DNA修复。 DNA损伤位点蛋白质的翻译后修饰可以促进DNA修复因子的募集。在此,作者表明mRNA在DNA损伤位点被RNA甲基转移酶TRDMT1局部修饰为m5C,以促进同源重组修复。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
RNA修饰是否作为DNA损伤密码参与DNA双链断裂修复,特别是同源重组?
核心机制
TRDMT1在DSB位点被R环招募,催化mRNA的m5C修饰,RAD52识别m5C修饰的DNA:RNA杂合体,促进RAD51定位,从而促进HR。
主要证据
U2OS-TRE细胞中TA-KR诱导m5C形成依赖转录和DNA损伤;TRDMT1敲除减少m5C和HR;RAD52结合m5C修饰的DNA:RNA杂合体效率更高;TRDMT1缺失增加细胞对IR和Olaparib敏感性,并在体内实验中增强PARPi效果。
研究意义
揭示RNA的转录后修饰作为DNA损伤密码的新机制,为癌症放疗和PARP抑制剂治疗提供潜在靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

诱导局部DNA损伤并检测m5C形成

验证DSB是否诱导m5C修饰在转录活性位点形成

在U2OS-TRE细胞中表达TA-KR融合蛋白,光激活诱导ROS损伤,通过免疫荧光检测m5C和γH2AX共定位。

2

鉴定m5C形成的写入酶TRDMT1

确定哪种RNA甲基转移酶负责DSB诱导的m5C修饰

siRNA敲低多个m5C甲基转移酶,检测TA-KR诱导的m5C;构建TRDMT1 KO细胞并使用野生型或催化突变体回补。

3

检测TRDMT1对同源重组的影响

确定TRDMT1是否影响HR修复途径

使用DR-GFP和CRISPR-LMNA-HR报告检测HR效率,EJ5-GFP检测NHEJ,并观察γH2AX清除和IR敏感性。

4

验证RAD52对m5C的识别

研究RAD52是否优先结合m5C修饰的DNA:RNA杂合体

合成含或不含m5C的RNA:DNA杂合体,进行体外pull-down和EMSA检测RAD52结合。

5

评估TRDMT1在放疗和PARPi敏感性中的作用

研究TRDMT1表达水平与肿瘤对放疗和PARP抑制剂反应的关系

分析TCGA乳腺癌数据中TRDMT1表达与RSI的关系;体外克隆形成实验检测Olaparib敏感性;体内移植MDA-MB-231肿瘤,给予Olaparib治疗,测量肿瘤体积。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
DMEM培养基Lonza12-604F
胎牛血清----
Lipofectamine 2000转染试剂Invitrogen--
Lipofectamine RNAiMax转染试剂Invitrogen--
TRDMT1 siRNAInvitrogen4392420
NSUN2 siRNA--M-018217-01
NSUN4 siRNA--D-027291-01-0002
NSUN5 siRNA--D-021349-17-0002
NSUN6 siRNA--D-018822-01-0002
奥林巴斯FV1000共聚焦显微镜系统OlympusF10PRDMYR-1
35毫米玻璃底培养皿MatTekP35GC-1.5-14-C
15瓦Sylvania冷白荧光灯泡Sylvania--
牛血清白蛋白Sigma-AldrichA-7030
RNaseH1ThermoFisher ScientificEN0201
Dynabeads mRNA DIRECT纯化试剂盒ThermoFisher Scientific61011
尼龙66膜Biodyne B60209
UV Stratalinker 2400交联仪Stratagene--
亚甲基蓝Sigma-AldrichM9140-25G
RNase IfNew England BiolabsM0243L
RNase T2Worthington Biochemical Corp.LS01502
T4多核苷酸激酶New England BiolabsM0201L
P1核酸酶New England BiolabsM0660S
纤维素薄层色谱板EMD MilliporeM1057160001
GFPspark-TRDMT1质粒OriGeneRG214459
GFP-NSUN2质粒Sino BiologicalHG11224-ACG
丽春红S染色液Sigma-AldrichP3504-10G
化学发光HRP底物MilliporeWBKLS0500
TRDMT1抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365001
Ki-67抗体Santa Cruz Biotechnologysc-23900
奥拉帕尼Selleck ChemicalsAZD2281;

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
诱导DNA损伤
U2OS-TRE细胞,TA-KR表达,光激活时间30分钟和恢复1小时
阅读提示:Methods: Microscopy and activation of KR
m5C检测
m5C抗体(4种),RNaseH1处理,RNaseA处理,DNase I处理
阅读提示:Methods: Immunoassays and m5C staining
RNA m5C测定
mRNA提取,H2O2处理浓度2mM时间40min,dot blot和2D-TLC
阅读提示:Methods: Dot blot assay, 2D-TLC assay
TRDMT1敲除
CRISPR/Cas9靶位点序列,单克隆筛选
阅读提示:Methods: CRISPR-Cas9 KO generation
HR/NHEJ报告实验
DR-GFP和EJ5-GFP细胞,siRNA处理,I-SceI转染,流式分析
阅读提示:Methods: HR/NHEJ flow cytometry
体外RAD52结合实验
RNA寡核苷酸序列包含5个m5C,与互补DNA形成杂合体,pull-down和EMSA条件(盐浓度,NP-40)
阅读提示:Methods: In vitro RNA-protein pull-down assay, Electrophoretic mobility shift assay
细胞存活和克隆形成
细胞密度约400/6cm皿,IR处理,培养7-10天,结晶紫染色
阅读提示:Methods: Cell survival assay
体内异种移植实验
MDA-MB-231细胞6.0×10^5注射,BALB/c裸鼠,分组(每条件3只),Olaparib 50 mg/kg,隔天一次,20天
阅读提示:Methods: Mice maintenance and ethics