农生智慧｜方玉达团队揭示植物细胞核纤层类似蛋白促进DNA损伤修复的分子机制

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生物体基因组不断受到内源(如复制错误、活性氧等)和外源(如紫外线、高温等)损伤因素的挑战造成DNA损伤。为了维持基因组的完整性与稳定性，生物体必需启动DNA损伤应答(DNA damage responses，DDR)系统进行DNA损伤修复以维持物种正常生长和繁衍。植物由于固着的生长方式，长期生长在复杂的环境中，DNA修复机制尤其重要。然而，DNA损伤修复蛋白如何定位于DNA损伤位点？以及不同的修复蛋白间如何协同工作？这些问题都尚不清楚。CRWODED NUCLEI (CRWN)家族蛋白作为拟南芥核纤层类似蛋白，参与维持细胞核结构、染色质分布、信号转导、基因调控和基因组稳定等众多细胞核内重要的生物学过程，但CRWN作为细胞核骨架蛋白在维持基因组稳定中的具体功能和作用机制仍缺少深入研究。方玉达教授团队前期研究成果揭示了CRWN1负调控植物免疫过程的新功能(Guo et al., 2017. Molecular Plant)。进一步发现crwn1 crwn2双突变体具有DNA损伤相关表型，但是，CRWN参与DNA损伤修复具体分子细胞生物学机制还未可知。

2023年 6月19 日，上海交通大学农业与生物学院方玉达教授课题组在The Plant Cell杂志上发表了题为“Arabidopsis LAMIN-like proteins CRWN1/2 interact with SUPPRESSOR OF NPR1-1 and RAD51D to protect against DNA damage”的研究论文，揭示了植物细胞核纤层类似蛋白CRWN1/2在DNA断裂点处通过液-液相分离与SNI1和RAD51D一起形成“DNA修复小体(DNA repair body)”从而促进DNA修复的分子机制。

在本研究中，研究者发现crwn1 crwn2双突变体中损伤应答(DNA damage response，DDR)系统被激活，且CRWN1和CRWN2均能定位于DNA双链断裂点(DNA double strand break，DSB)位点。正常条件下，CRWN1/2蛋白主要分布在细胞核周缘。当DNA受到损伤，CRWN1/2在细胞内形成动态的表面无膜状的颗粒小体结构。纯化的CRWN1/2蛋白质在体外产生液-液相分离，形成动态的液滴状结构，并且CRWN1/2内的无序区(Intrinsically disordered regions，IDR)决定了CRWN1/2在体内和体外的相分离。进一步研究发现CRWN1/2能促进DNA修复蛋白RAD51D和SNI1定位到DSB位点，而且在DSB处，CRWN1/2能驱动RAD51D/SNI1发生液-液相分离形成“DNA修复小体(DNA repair body)”，从而促进DNA损伤的有效协同修复，维持基因组的稳定（图1）。

图1. 植物核纤层类似蛋白CRWN1/2在DSB处通过液-液相分离形成“修复小体”，进而促进DNA修复的作用机制模

通过对CRWN蛋白在DNA损伤修复中的功能分析，扩大了我们对核纤层蛋白、液-液相分离和DNA修复之间关系的新认知。鉴于核纤层蛋白的相对保守性，该研究也为动物以及其他物种中核纤层蛋白的功能研究带来启示，进而对DNA损伤修复和基因组稳定的理解提供新思路。

 上海交通大学农业与生物学院方玉达团队2019级博士研究生尹春梅为论文第一作者，方玉达教授为通讯作者。课题组博士后孙爱清、已毕业博士生郭彤彤和毛学高参与了该研究工作。项目得到了国家自然科学基金的资助

论文链接：https://doi.org/10.1093/plcell/koad169

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上海交通大学农业与生物学院

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