CDK12控制著DNA修復(fù)基因的RNA轉(zhuǎn)錄本長(zhǎng)短

基因BRCA1和BRCA2發(fā)生突變對(duì)乳腺癌和卵巢癌構(gòu)成嚴(yán)重風(fēng)險(xiǎn)，這是因?yàn)樗鼈兺ㄟ^(guò)干擾同源重組修復(fù)（HR）來(lái)危害細(xì)胞的基因組穩(wěn)定性，其中同源重組修復(fù)是一種準(zhǔn)確地修復(fù)有害的DNA雙鏈斷裂的關(guān)鍵機(jī)制。如果沒(méi)有利用這種機(jī)制修復(fù)DNA雙鏈斷裂的能力，那么細(xì)胞就不得不采用更容易出錯(cuò)因而更容易發(fā)生癌變的DNA修復(fù)方式。

基因BRCA1和BRCA2不是**的當(dāng)發(fā)生突變時(shí)會(huì)導(dǎo)致無(wú)法利用同源重組修復(fù)DNA雙鏈斷裂而促進(jìn)腫瘤發(fā)生的基因。已知22個(gè)基因發(fā)生的突變會(huì)破壞同源重組修復(fù)，從而產(chǎn)生具有“BRCAness”表型的腫瘤。已知在這22個(gè)BRCAness基因中，除了其中的一個(gè)基因之外的所有其他的BRCAness基因都直接參與同源重組修復(fù)通路。

這個(gè)例外的基因是CDK12，它被認(rèn)為是促進(jìn)一系列不同的過(guò)程，涉及RNA轉(zhuǎn)錄本如何被延長(zhǎng)、剪接和切割成它們的成熟形式。盡管人們對(duì)這個(gè)RNA調(diào)節(jié)基因與DNA修復(fù)之間存在的關(guān)聯(lián)性仍然知之甚少，但是鑒定出CDK12是一個(gè)BRCAness基因引起了極大的臨床興趣。

一個(gè)酶包圍著DNA雙螺旋來(lái)修復(fù)發(fā)生斷裂的DNA鏈

在一項(xiàng)新的研究中，美國(guó)麻省理工學(xué)院的Phillip Sharp、Sara Dubbury和Paul Boutz描述了他們?nèi)绾伟l(fā)現(xiàn)一種先前未知的機(jī)制，通過(guò)該機(jī)制，CDK12能夠產(chǎn)生全長(zhǎng)RNA轉(zhuǎn)錄物，而且這種機(jī)制對(duì)于維持其他的BRCAness基因的功能性表達(dá)尤其重要。相關(guān)研究結(jié)果近期發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“CDK12 regulates DNA repair genes by suppressing intronic polyadenylation”。

當(dāng)這些研究人員敲除CDK12時(shí)，小鼠胚胎干細(xì)胞顯示出許多DNA損傷累積的跡象，這些DNA損傷會(huì)阻止DNA復(fù)制的進(jìn)行，這是BRCAness表型的典型特征。為了確定CDK12在調(diào)節(jié)基因表達(dá)中可能發(fā)揮的作用，他們通過(guò)RNA測(cè)序來(lái)確定哪些基因的總體表達(dá)會(huì)增加或減少。當(dāng)著重關(guān)注轉(zhuǎn)錄的RNA類(lèi)型時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)當(dāng)CDK12缺失時(shí)，許多基因產(chǎn)生異常短的轉(zhuǎn)錄本。

并非基因中的每個(gè)DNA片段都會(huì)進(jìn)入最終的RNA轉(zhuǎn)錄本中。一個(gè)基因的初始RNA轉(zhuǎn)錄本通常包含稱(chēng)為內(nèi)含子的DNA片段，這些內(nèi)含子會(huì)從RNA轉(zhuǎn)錄本中切除，從而將多個(gè)外顯子拼接在一起而形成最終的成熟轉(zhuǎn)錄本，即mRNA。或者，內(nèi)含子多腺苷酸化（intronic polyadenylation, IPA）位點(diǎn)經(jīng)激活后切割位于這個(gè)位點(diǎn)之后的RNA序列，從而阻止內(nèi)含子移除并產(chǎn)生過(guò)早縮短的RNA轉(zhuǎn)錄本。這些過(guò)程允許同一個(gè)基因產(chǎn)生不同的mRNA形式，因而經(jīng)翻譯后產(chǎn)生不同的蛋白序列。

令人吃驚的是，CDK12基因被敲除的細(xì)胞在全基因組中產(chǎn)生顯著更多的IPA截短轉(zhuǎn)錄本，而且全長(zhǎng)的RNA轉(zhuǎn)錄本的水平降低了。這些縮短的mRNA在穩(wěn)定性、翻譯成蛋白的能力以及它們的蛋白功能方面差異很大。因此，即便一個(gè)基因發(fā)生活躍轉(zhuǎn)錄，IPA激活也能夠從根本上改變或減少它經(jīng)翻譯后產(chǎn)生的功能性蛋白。

雖然這一觀察結(jié)果開(kāi)始闡明了CDK12在調(diào)節(jié)mRNA加工中的作用，但仍然不清楚的是為什么CDK12缺失如此不成比例地影響同源重組修復(fù)途徑。在研究這個(gè)問(wèn)題時(shí)，Dubbury和Boutz發(fā)現(xiàn)在CDK12缺失后IPA活性增加的那些基因中，BRCAness基因作為一個(gè)整體被過(guò)度代表了。雖然CDK12在全基因組中抑制IPA活性，但是在剩下的21個(gè)BRCAness基因中，13個(gè)基因被發(fā)現(xiàn)特別容易受到CDK12缺失的影響，這部分上是因?yàn)樗鼈兙哂卸鄠€(gè)高敏感性的IPA位點(diǎn)，因而具有降低全長(zhǎng)RNA轉(zhuǎn)錄本總量的加和效應(yīng)。此外，鑒于多個(gè)CDK12敏感性的BRCAness基因在相同的同源重組修復(fù)途徑中起作用，這些研究人員認(rèn)為CDK12缺失會(huì)加大破壞對(duì)雙鏈DNA斷裂的同源重組修復(fù)。

CDK12突變?cè)谇傲邢侔┖吐殉舶┗颊咧蟹磸?fù)出現(xiàn)，這使得它成為癌癥的一種有吸引力的診斷和治療靶標(biāo)。然而，對(duì)CDK12的了解還不足以區(qū)分真正的功能喪失突變和所謂的不影響功能的“乘客突變（passenger mutation）”。

Dubbury和Boutz能夠通過(guò)使用來(lái)自攜帶著CDK12突變的前列腺腫瘤患者和卵巢腫瘤患者的RNA測(cè)序數(shù)據(jù)，以及通過(guò)使用一種CDK12抑制劑處理人前列腺腺癌細(xì)胞和卵巢癌細(xì)胞，證實(shí)關(guān)鍵性的BRCAness基因中的IPA位點(diǎn)也被頻繁地使用。

這一結(jié)果表明在小鼠細(xì)胞系中觀察到的CDK12機(jī)制在人類(lèi)中是保守的，而且人卵巢腫瘤和前列腺腫瘤中的CDK12突變可能通過(guò)增加IPA活性促進(jìn)腫瘤發(fā)生，從而功能性地減弱同源重組修復(fù)。

Dubbury說(shuō)，“這些結(jié)果不僅讓我們更好地了解CDK12如何導(dǎo)致BRCAness表型，而且它們也可能在臨床上產(chǎn)生令人興奮的潛在影響。當(dāng)前的診斷技術(shù)可用來(lái)檢測(cè)這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)的IPA位點(diǎn)的使用情況，以便快速地篩查攜帶著真正功能喪失的CDK12突變的患者，這樣這些患者將會(huì)對(duì)BRCAness靶向治療產(chǎn)生反應(yīng)。”

總之，這些研究人員取得的關(guān)于CDK12抑制內(nèi)含子多聚腺苷酸化的發(fā)現(xiàn)對(duì)基因結(jié)構(gòu)和癌癥控制提供全新的認(rèn)識(shí)。