51直播

RNA-DNA杂交链/R-loop在转录、复制及DNA损伤修复等细胞过程中发挥重要生理功能，其代谢失衡会诱发基因组不稳定和肿瘤等疾病。然而，全基因组尺度上R-loop的普适、高效解除机制仍有待揭示。

近日，51直播-51直播网 放射医学系王维斌与王嘉东课题组合作在Science Advances上发表了题为R-loop processing via REXO4-RNaseH1-mediated endo- and exo-cleavage coupling mode prevents genome instability and antitumor immunity的研究论文。该研究鉴定出一种核酸外切酶REXO4，其与核酸内切酶RNaseH1协同，通过内-外切偶联模式降解R-loop。研究发现该机制的缺陷会导致R-loop突变负荷升高，驱动肿瘤的发生。同时，研究揭示该机制的药物可靶向性，鉴定出的REXO4酶活抑制剂REXO4-IN-17，可增强肿瘤对烷化剂和G4稳定剂类化疗药物的敏感性，并激活抗肿瘤免疫，进而抑制肿瘤生长。本研究提出了一种内-外切偶联的R-loop清除新模式，揭示了R-loop相关基因组不稳定性和肿瘤发生与治疗之间的新联系。

转录是细胞内关键的生理过程。作为转录的副产物，R-loop是由RNA-DNA杂交链和单链DNA组成的三链结构，在多种细胞过程中发挥重要的生理功能。同时，R-loop在DNA损伤修复中也发挥重要作用。当R-loop积累时，会引发基因组不稳定，从而增加肿瘤等疾病的发生风险。此外，R-loop失调还可激活免疫反应，成为免疫原性核酸副产物的来源。因此，深入解析R-loop的调控机制，对于理解基因组不稳定性的来源及相关疾病的发生和治疗具有重要意义。黑色素瘤是一种致死率很高的皮肤癌类型。由于黑色素瘤具有极高的突变负荷，并且肿瘤细胞具备逃避免疫系统的能力，其治疗面临巨大挑战，表现为对化疗的高度耐药性以及免疫应答率较低。然而，R-loop在黑色素瘤发生发展中的作用仍不清楚，其是否可被利用以提高黑色素瘤化疗和免疫治疗效果，仍有待深入研究。

细胞进化出多种机制以清除R-loop。其中，能够直接降解R-loop中RNA链的核酸酶包括RNaseH1等内切酶和外切酶。然而，在R-loop降解过程中，内切酶与外切酶之间是否存在协同作用尚不清楚。单独依赖内切或外切酶，可能不足以高效清除R-loop。RNaseH1是一种经典且普遍存在的R-loop内切酶，其在离散位点对特定核苷酸具有切割偏好，提示在RNA被内切后，需要外切酶参与后续处理。但是否存在一种与RNaseH1协同作用、以内-外切偶联方式高效清除全基因组R-loop的外切酶，目前仍未知。内切酶与外切酶的协同作用通常被认为是降解核酸的高效方式。例如，在DNA损伤的同源重组修复中，DNA末端切除是MRN与DNA2/EXO1以内-外切协同方式完成的。这一经典的DNA末端切除模式是否同样适用于R-loop的处理，值得进一步探索。

为回答上述问题，研究团队利用RNaseH1进行了R-loop邻近蛋白质组学筛选，鉴定出一种核酸外切酶REXO4，其可直接降解R-loop。研究团队发现，REXO4缺失会导致R-loop显著积累。生化实验证实REXO4可从RNA的3’末端或内部切口处直接降解R-loop中的RNA链，同时还能增强RNaseH1对R-loop的内切活性。DRIP-seq和ChIP-seq分析显示，REXO4与RNaseH1调控的R-loop区域在基因组中高度重叠，且REXO4过表达可抵消RNaseH1缺失引起的R-loop积累。此外，REXO4和RNaseH1缺失的肿瘤均表现出显著升高的R-loop突变负荷，且来源于黑色素瘤患者的REXO4突变体均显示出R-loop切割活性缺陷。研究团队还鉴定出一种REXO4的抑制剂REXO4-IN-17，其可增强黑色素瘤对烷化剂和G4稳定剂类化疗药物的敏感性。此外，REXO4可抑制R-loop依赖的cGAS通路激活，其抑制剂在小鼠体内可通过激活抗肿瘤免疫的方式抑制肿瘤生长。

综上所述，本研究揭示REXO4-RNaseH1以内-外切偶联方式高效处理全基因组R-loop的分子机制，建立该机制与R-loop相关基因组不稳定性和肿瘤发生与治疗之间的潜在联系。同时，本研究鉴定出REXO4的特异性抑制剂，提出干预REXO4可以通过增强肿瘤对化疗药物的敏感性及抗肿瘤免疫的方式抑制肿瘤生长。

51直播-51直播网 放射医学系博士生杨韩、聂臣、覃潆玉和梁鑫鑫为论文的共同第一作者，王维斌副研究员和王嘉东教授为论文的共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、科技部重点研发计划等资助。

论文链接：//www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aeb4937.