CDK12控制著DNA修復基因的RNA轉錄本長短

基因BRCA1和BRCA2發(fā)生突變對乳腺癌和卵巢癌構成嚴重風險，這是因為它們通過干擾同源重組修復（HR）來危害細胞的基因組穩(wěn)定性，其中同源重組修復是一種準確地修復有害的DNA雙鏈斷裂的關鍵機制。如果沒有利用這種機制修復DNA雙鏈斷裂的能力，那么細胞就不得不采用更容易出錯因而更容易發(fā)生癌變的DNA修復方式。

基因BRCA1和BRCA2不是**的當發(fā)生突變時會導致無法利用同源重組修復DNA雙鏈斷裂而促進腫瘤發(fā)生的基因。已知22個基因發(fā)生的突變會破壞同源重組修復，從而產(chǎn)生具有“BRCAness”表型的腫瘤。已知在這22個BRCAness基因中，除了其中的一個基因之外的所有其他的BRCAness基因都直接參與同源重組修復通路。

這個例外的基因是CDK12，它被認為是促進一系列不同的過程，涉及RNA轉錄本如何被延長、剪接和切割成它們的成熟形式。盡管人們對這個RNA調節(jié)基因與DNA修復之間存在的關聯(lián)性仍然知之甚少，但是鑒定出CDK12是一個BRCAness基因引起了極大的臨床興趣。

一個酶包圍著DNA雙螺旋來修復發(fā)生斷裂的DNA鏈

在一項新的研究中，美國麻省理工學院的Phillip Sharp、Sara Dubbury和Paul Boutz描述了他們如何發(fā)現(xiàn)一種先前未知的機制，通過該機制，CDK12能夠產(chǎn)生全長RNA轉錄物，而且這種機制對于維持其他的BRCAness基因的功能性表達尤其重要。相關研究結果近期發(fā)表在Nature期刊上，論文標題為“CDK12 regulates DNA repair genes by suppressing intronic polyadenylation”。

當這些研究人員敲除CDK12時，小鼠胚胎干細胞顯示出許多DNA損傷累積的跡象，這些DNA損傷會阻止DNA復制的進行，這是BRCAness表型的典型特征。為了確定CDK12在調節(jié)基因表達中可能發(fā)揮的作用，他們通過RNA測序來確定哪些基因的總體表達會增加或減少。當著重關注轉錄的RNA類型時，他們發(fā)現(xiàn)當CDK12缺失時，許多基因產(chǎn)生異常短的轉錄本。

并非基因中的每個DNA片段都會進入最終的RNA轉錄本中。一個基因的初始RNA轉錄本通常包含稱為內含子的DNA片段，這些內含子會從RNA轉錄本中切除，從而將多個外顯子拼接在一起而形成最終的成熟轉錄本，即mRNA。或者，內含子多腺苷酸化（intronic polyadenylation, IPA）位點經(jīng)激活后切割位于這個位點之后的RNA序列，從而阻止內含子移除并產(chǎn)生過早縮短的RNA轉錄本。這些過程允許同一個基因產(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基因被敲除的細胞在全基因組中產(chǎn)生顯著更多的IPA截短轉錄本，而且全長的RNA轉錄本的水平降低了。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，即便一個基因發(fā)生活躍轉錄，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。

雖然這一觀察結果開始闡明了CDK12在調節(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途徑。在研究這個問題時，Dubbury和Boutz發(fā)現(xiàn)在CDK12缺失后IPA活性增加的那些基因中，BRCAness基因作為一個整體被過度代表了。雖然CDK12在全基因組中抑制IPA活性，但是在剩下的21個BRCAness基因中，13個基因被發(fā)現(xiàn)特別容易受到CDK12缺失的影響，這部分上是因為它們具有多個高敏感性的IPA位點，因而具有降低全長RNA轉錄本總量的加和效應。此外，鑒于多個CDK12敏感性的BRCAness基因在相同的同源重組修復途徑中起作用，這些研究人員認為CDK12缺失會加大破壞對雙鏈DNA斷裂的同源重組修復。

CDK12突變在前列腺癌和卵巢癌患者中反復出現(xiàn)，這使得它成為癌癥的一種有吸引力的診斷和治療靶標。然而，對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能夠通過使用來自攜帶著CDK12突變的前列腺腫瘤患者和卵巢腫瘤患者的RNA測序數(shù)據(jù)，以及通過使用一種CDK12抑制劑處理人前列腺腺癌細胞和卵巢癌細胞，證實關鍵性的BRCAness基因中的IPA位點也被頻繁地使用。

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

Dubbury說，“這些結果不僅讓我們更好地了解CDK12如何導致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。當前的診斷技術可用來檢測這項研究中發(fā)現(xiàn)的IPA位點的使用情況，以便快速地篩查攜帶著真正功能喪失的CDK12突變的患者，這樣這些患者將會對BRCAness靶向治療產(chǎn)生反應?！?/span>

總之，這些研究人員取得的關于CDK12抑制內含子多聚腺苷酸化的發(fā)現(xiàn)對基因結構和癌癥控制提供全新的認識。