Cockayne综合征B组(CSB)基因突变在小鼠中导致癌症，但在人类中导致过早衰老和严重的神经发育缺陷。
CSB是SWI/SNF家族的一员，在调控基因表达和转录偶联核苷酸切除修复(TC-NER)中发挥多种作用；
然而，这些功能并不能解释CSB缺陷小鼠和人类之间明显的表型差异。
2024年7月17日，西湖大学付向东及加州大学圣地亚哥分校Wang Dong共同通讯在
Nature Communications
在线发表题为
“
Cockayne Syndrome Linked to Elevated R-Loops Induced by Stalled RNA Polymerase II during Transcription Elongation
”
的研究论文，该研究
为CSB缺乏对小鼠和人类的不同影响提供了机制上的见解，并表明人类中Cockayne综合征表型的表现是哺乳动物基因组逐步进化的结果。
在研究Cockayne综合征相关基因组不稳定性的过程中，发现了一种内在机制，涉及延长RNA聚合酶II (RNAPII)在内部T-runs的短暂停顿，其中CSB需要推动RNAPII前进。因此，CSB缺陷延缓了这些区域的RNAPII延伸，当与上游富含G的序列结合时，通过促进R-loop的形成加剧了基因组的不稳定性。
这些R-loop倾向基序在人类基因组中与神经元功能相关的相对较长的基因中明显丰富，但在小鼠基因组中则不那么普遍。
Cockayne综合征(CS)是一种由CSA或CSB1基因突变引起的严重神经系统疾病。
大约70%的CS患者携带CSB基因的截断或移码突变，该基因从酵母到人类在进化上是保守的。最近的研究揭示了CSB在各种细胞系统和途径中的多方面作用，包括染色质重塑、核蛋白调节、rDNA转录、氧化还原稳态和线粒体功能。作为ATPases的SWI/SNF家族成员，广泛的结构和功能研究已经揭示了CSB通过核小体障碍促进转录延长的关键作用，以及它在TC-NER中的参与。CSB与延长或阻滞的RNAPII结合，以协助聚合酶克服转录障碍或识别转录阻断病变，从而启动TC-NER。
因此，CSB缺陷增加了转录延伸过程中RNAPII暂停或下降的可能性。
尽管对CSB作为TC-NER、延伸因子和染色质重塑因子的关键因素有了全面的了解，但CSB缺乏与人类神经系统疾病之间的联系仍然不清楚。
CSB主要参与TC-NER未能解释疾病机制，因为疾病表型出现时没有额外的DNA损伤。迄今为止，多项研究旨在从细胞水平破译CS的机制。例如，CS被广泛认为是一种由基因组不稳定引起的疾病，导致CSB缺陷小鼠发生癌症的几率更高。此外，它被认为是一种源于转录失败的疾病。然而，这种广泛的功能如何选择性地影响神经元特异性基因的表达仍不清楚，因为经过工程改造携带CS-模拟CSB截断或零突变的小鼠不会像人类那样出现严重的神经功能障碍，尽管这些动物确实表现出轻微的缺陷，如年龄依赖性耳聋和失明。最近对携带CSB截断突变的大鼠模型的研究发现，小脑皮层出现广泛萎缩和脱髓鞘；然而，CS的全部表现在这些动物中仍未完全反映出来。
因此，该领域的一个紧迫问题是了解CSB缺陷诱导的神经病理表型如何从小鼠逐渐升级到人类。
CSB缺乏选择性地影响小鼠和人神经细胞系
R-loop
的形成和基因表达（图源自
Nature Communications
）
在这项研究中着手调查扩增的R-
loop
是否是CSB缺乏引发基因组不稳定的主要原因。
利用研究实验室开发的高分辨率R-loop分析方法R-ChIP，证实了这确实是在CSB敲除(KD) HEK293细胞中的情况。为了证实这一发现，研究使用了对RNA-DNA杂交具有高亲和力的S9.6单克隆抗体，并将研究扩展到多种人类细胞类型。值得注意的是，观察到内含子中诱导的R-loop显著增加，特别是那些与位于G/C倾斜区域下游促进R-loop形成的T序列相关的内含子。这些特定的序列特征普遍存在于长基因的内含子中，这一特征在人类基因组中比在小鼠基因组中更为明显。值得注意的是，人类细胞中受影响基因的最高富集基因本体(GO)术语主要与神经功能相关，而小鼠细胞中的情况并非如此。
这些发现强调了非编码内含子序列对转录调控的贡献及其在人类特异性疾病发展中的重要作用。
https://www.nature.com/articles/s41467-024-50298-w
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