撰文 | Victoria
責編 | 兮
遺傳信息的保存看似是一個非常基本的細胞過程，但實質上，這其中充滿艱巨的挑戰，因為在每一天、在每個細胞中，DNA都發生著多種化學和物理學改變，這些改變統稱為DNA損傷，DNA損傷可能導致遺傳信息丟失、轉錄阻斷、DNA複製停止、染色體分離受損、產生突變或產生染色體重排。這些有害的變化是許多疾病的基礎，包括癌症和神經退行性疾病，並也可能是細胞和機體衰老的原因【1】。
DNA損傷修復網絡能夠幫助抵消DNA損傷所產生的有害結果。基因組質量控制系統的核心也是各種DNA修復途徑。儘管科學家已經對基因組維持機制進行了廣泛研究，但重要的DNA修復因子仍未被發現【2】。我們對DNA損傷與不直接參與DNA修復調節的細胞過程如何相互作用的了解也很少。
基於CRISPR的遺傳篩選的出現，使得現在能夠進行人類細胞中基因-基因和基因-藥物相互作用的基因組規模分析。因此，可以無偏差地繪製人體細胞對DNA損傷反應的遺傳圖譜。近日，加拿大西奈山醫院Lunenfeld-Tanenbaum研究所Daniel Durocher團隊在Cell雜誌上發表題為A Genetic Map of the Response to DNA Damage in Human Cells的研究論文，這項研究在用不同基因毒性藥物處理的細胞中，進行了CRISPR篩選，全面揭示了細胞對DNA損傷的反應，從而確定了幾種參與DNA損傷修復途徑中的新分子，並明確了其中的藥物作用機制。
為了提供人類細胞DNA損傷反應的無偏見全局性視圖，作者在視網膜色素上皮細胞系RPE1-hTERT p53-/- Cas9中對27種遺傳毒性藥物進行了31次CRISPR/Cas9篩選，來繪製對DNA損傷和遺傳毒性劑反應的遺傳網絡圖譜，評估對多種遺傳毒性劑的反應（圖1）。這裡的不足是，作者使用了p53失活的RPE1細胞系，儘管能夠幫助分析多基因對毒素的敏感性，但是，無法探究p53與遺傳毒性應激反應之間的聯繫，當然，這受制於CRISPR篩選的技術局限【3】。
圖1. DNA損傷反應的CRISPR篩選示意圖及熱圖
作者篩選鑑定出890個基因，這些基因的缺失導致對DNA損傷藥物的敏感性或抗藥性。除了文中討論的幾個基因外，作者還將在相關的其他感興趣的基因（TMEM2，ESD，USP37，PHF12和BTAF1-DRAP1）放入Mendeley Dataset中（http:// /10.17632/gfcn2wmrpf.1），供大家查閱參考。
作者的第一個重要發現是pyridostatin，一種結合併穩定G-四鏈體（G4）序列的化合物，它能夠通過在DNA上捕獲拓撲異構酶II（TOP2），緩慢導致DNA雙鏈斷裂，產生細胞毒性。
作者繼續挖掘這個數據集，發現在骨髓衰竭症候群中突變的ERCC6L2基因編碼一個典型的非同源末端連接（NHEJ）。推測具有ERCC6L2突變的個體中骨髓衰竭的根本原因可能是無法適當修復DNA雙鏈斷裂。
作者挖掘了兩個核苷酸切除修復（NER）簇中嵌入的兩個基因：ELOF1和STK19。RNA聚合酶II組分ELOF1調節對轉錄阻斷劑的反應。STK19曾被被報導促進UV照射下的轉錄恢復。ELOF1和STK19調節轉錄偶聯的NER，即TC-NER。
此外，作者還注意到基因TXNDC17，TXNDC17先前與DNA損傷沒有關聯，靶向TXNDC17的sgRNA使細胞對多種DNA損傷劑敏感，在這裡，TXNDC17將氧化還原控制與基因毒素抗性聯繫了起來。另外，作者還挖掘了CYB5R4，CYB5R4編碼氧化還原酶，促進細胞對多種藥物的抗性，作者推斷CYB5R4通過調節PP2A家族磷酸酶來調節對DNA損傷的反應，增強對TOP1毒性藥物的抗性。
圖2. 文章小結
對DNA損傷的反應是細胞內穩態、腫瘤抑制、免疫和配子發生的關鍵。在這項工作中，作者介紹了人類模型細胞系中對DNA損傷反應的遺傳結構的表徵，發現了新的DNA修復因子，揭示了新的藥物作用機制，並找到了藥物代謝途徑的新證據。這份人體細胞對DNA損傷反應的遺傳圖譜為研究這一基本細胞系統提供了豐富的資源，並對基因毒性藥物在癌症治療中的開發和應用具有重要意義。