Nucleic Acids Research
光修复酶CPD photolyase在酵母基因组中的UV损伤修复与突变抑制研究
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本研究通过高通量测序技术，首次在全基因组水平揭示了CPD photolyase对紫外线诱导DNA损伤的修复特征及其在不同基因组和染色质环境中的抑制机制。研究发现该酶在转录链（TS）和核小体中的修复效率显著降低，且这种抑制可能促进UV诱导突变的发生，为理解DNA修复与突变率调控提供了新视角。
紫外线（UV）辐射是地球上所有生物体的常见致变因素，其主要造成的DNA损伤为环丁烷嘧啶二聚体（CPDs）。这些损伤若不及时修复，可能导致细胞死亡或基因突变，进而引发癌症等疾病。在哺乳动物中，核苷酸切除修复（NER）是修复CPDs的主要机制；然而，在许多其他物种（如酵母）中，CPD光裂解酶（CPD photolyase）则负责通过光激活直接逆转CPD损伤。尽管NER的修复机制已被广泛研究，但photolyase在真核生物基因组中的修复特征、以及其与染色质结构（如核小体、转录因子结合位点）的相互作用尚不清楚。此外，photolyase是否能在缺乏NER的细胞中有效修复CPDs，以及其修复效率是否影响突变积累，也缺乏系统性分析。因此，本研究旨在通过高分辨率的CPD-seq技术，全面描绘photolyase介导的CPD修复图谱，并评估其在不同基因组区域的修复能力，尤其是在转录链（TS）、非转录链（NTS）、核小体结构和转录因子结合位点中的修复差异。研究还结合突变测序分析，探讨photolyase修复缺陷与突变富集的关系，为DNA修复机制的进化保守性提供新的分子证据。
研究团队通过在野生型（WT）和NER缺陷型（rad14Δ）酵母中诱导UV损伤，并在不同时间点（0、30、60分钟）进行光反应激活photolyase修复，随后利用CPD-seq技术在单核苷酸水平上绘制CPD修复图谱。结果表明，photolyase在NER缺陷细胞中能够显著修复CPDs，但其修复效率在转录链（TS）中明显低于非转录链（NTS）。在WT细胞中，photolyase与NER协同作用，使得TS的修复效率提高，而在NER缺陷细胞中，TS的修复显著滞后，突变测序显示TS区域突变富集，这与photolyase在TS中的修复受阻相一致。进一步分析显示，photolyase的修复能力在核小体区域显著降低，尤其是在DNA的3'端或minor-in旋转构型中，修复效率下降最为显著。这表明核小体结构对photolyase的底物可及性具有重要影响。此外，研究还发现某些转录因子结合位点（如Reb1和Abf1）对photolyase的修复具有抑制作用，而另一些转录因子（如Hap3/Hap5）则无明显影响，说明不同DNA结合蛋白对photolyase的阻断作用具有特异性。在突变分析中，NER缺陷且photolyase修复受限的酵母细胞经过多轮UV暴露和光反应处理后，其基因TS区域出现显著突变富集，支持TS修复抑制导致突变积累的假设。最后，研究通过比较photolyase在不同染色质环境中的修复效率，揭示其在基因表达调控、核小体定位和转录因子结合等区域的修复动态，为理解真核生物基因组中photolyase与NER的协作机制奠定了基础。
本研究通过全基因组CPD-seq和突变测序技术，系统解析了photolyase在酵母基因组中的修复能力及其受阻机制。研究发现photolyase在NER缺陷细胞中可有效修复CPDs，但在TS链和核小体区域的修复效率显著下降。这种修复抑制与RNA聚合酶II在TS链上的停滞以及核小体结构对photolyase的立体阻碍相关，从而促进TS链上突变的积累。研究还揭示photolyase在核小体中的修复呈现不对称性，且在转录因子结合位点的修复能力具有序列特异性。这些结果为真核生物中photolyase与NER在不同基因组环境中的功能协作提供了关键证据，并为DNA损伤修复机制的进化适应性提供了新的分子解释。
