转录-复制碰撞（TRCs）是基因组不稳定的主要来源之一，可导致复制叉停滞甚至崩溃[1]。当活跃转录的RNA聚合酶在同一DNA模板上遇到复制机器时，新生的转录产物会与RNA聚合酶后面的模板DNA重新结合，非编码链DNA处于游离状态，这种三链结构被称为R-loop[2,3]。R-loop诱导的复制压力可以被ATR激酶感知并缓解，然而目前尚不清楚R-loop本身是否以及如何调节ATR激活。ADAR1是一种重要的RNA编辑（A-to-I）蛋白，在免疫系统紊乱、神经系统疾病和抗肿瘤免疫过程中发挥重要功能[4]。尽管ADAR1的缺失会造成DNA损伤并使肿瘤细胞对辐射敏感[5,6]，但ADAR1维持基因组稳定性的潜在机制仍有待研究。已发现ADAR1通过RNA编辑活性调节端粒中R-loop的形成[5]，但尚不清楚它是否能在这一特殊的染色质区域之外发挥作用[5,7]。
近日，石磊/程涛/程辉合作团队在《Nucleic Acids Research》（IF=14.9）在线发表了题为“ADAR1 links R-loop homeostasis to ATR activation in replication stress response”的研究论文。该研究报道了细胞核定位的ADAR1 p110亚型（以下简称“ADAR1”）可不依赖于其RNA编辑活性清除基因组上的R-loop和激活ATR信号从而维持基因组稳定性。
该研究发现ADAR1在维持小鼠造血干细胞和人细胞的基因组完整性方面发挥关键作用，且不依赖于RNA编辑活性。在复制叉停滞处，ADAR1通过其RBD结构域与TOPBP1 BRCT 0-2结合从而促进TOPBP1向复制压力处募集，并使其处于激活ATR的初始状态。随后，复制停滞产生的R-loop将ADAR1移位，促进复制叉上的TOPBP1与RAD9结合从而更好地激活ATR，同时ADAR1通过招募解旋酶DHX9和DDX21消除R-loop。该研究揭示了R-loop在复制应激染色质附近激活ATR的分子机制，并探索了ADAR1如何在R-loop稳态和复制叉稳定性调节过程中发挥作用，提示ADAR1与TOPBP1或R-loop的结合表面可作为具有高水平复制压力癌症的潜在治疗靶点。
天津医科大学石磊教授、中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）程涛教授、程辉研究员和天津医科大学肿瘤医院马帅副研究员为共同通讯作者。中国医学科学院血液病医院（中国医学科学院血液学研究所）张标助理研究员、天津医科大学硕士生李祎、博士后张杰友以及博士生王月皎为并列第一作者。该项目获得国家自然科学基金、国家重点研发计划、细胞生态海河实验室创新基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程及北京协和医学院中央高校基本科研业务费等基金的支持。
参考文献：
1. Hamperl, S., Bocek, M.J., Saldivar, J.C., Swigut, T. & Cimprich, K.A. Transcription-Replication Conflict Orientation Modulates R-Loop Levels and Activates Distinct DNA Damage Responses. Cell 170, 774-786 e719 (2017).
2. Garcia-Muse, T. & Aguilera, A. R Loops: From Physiological to Pathological Roles. Cell 179, 604-618 (2019).
3. Hegazy, Y.A., Fernando, C.M. & Tran, E.J. The balancing act of R-loop biology: The good, the bad, and the ugly. The Journal of biological chemistry 295, 905-913 (2020).
4. Quin, J. et al. ADAR RNA Modifications, the Epitranscriptome and Innate Immunity. Trends Biochem Sci 46, 758-771 (2021).
5. Shiromoto, Y., Sakurai, M., Minakuchi, M., Ariyoshi, K. & Nishikura, K. ADAR1 RNA editing enzyme regulates R-loop formation and genome stability at telomeres in cancer cells. Nature communications 12, 1654 (2021).
6. Ishizuka, J.J. et al. Loss of ADAR1 in tumours overcomes resistance to immune checkpoint blockade. Nature 565, 43-48 (2019).
7. Sagredo, E.A. et al. ADAR1 Transcriptome editing promotes breast cancer progression through the regulation of cell cycle and DNA damage response. Biochim Biophys Acta Mol Cell Res, 118716 (2020).