《Nature Communications》：R-loop editing by DNA cytosine deaminase APOBEC3B modulates the activity of oestrogen receptor enhancers
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雌激素受体（ER）激活如何导致基因组不稳定和肿瘤异质性？研究人员针对ER共激活因子APOBEC3B（A3B）开展研究，发现A3B以R-loop依赖性方式优先靶向转录活跃调控区，结合并脱氨R-loop内的ssDNA，其诱导的尿嘧啶碱基经BER加工促进R-loop相关DSB形成，这对ER调控的基因激活至关重要。该发现揭示了A3B在R-loop稳态和转录调控中的作用，为理解ER驱动的基因组不稳定及靶向A3B治疗提供了新视角。
在乳腺癌等多种激素依赖性癌症中，雌激素受体（ER）扮演着至关重要的角色。当ER被激活时，它不仅会驱动一系列促癌基因的表达，还会在基因组中引发一个令人不安的副作用——DNA双链断裂（DSB）。这些DSB是基因组不稳定性的主要推手，它们如同细胞DNA蓝图上的裂痕，可能导致基因突变、染色体重排，最终催生肿瘤的异质性和治疗抵抗。然而，ER激活具体是如何“制造”这些DNA断裂的？其背后的精细分子机制长期以来并不十分清楚。这就像一个我们知道开关打开了（ER激活），也看到了灯丝熔断（DSB产生），但中间复杂的电路连接（分子通路）却仍笼罩在迷雾之中。解决这个问题，对于理解癌症发生发展和寻找新的治疗靶点具有关键意义。
近期，一项发表在《Nature Communications》上的研究为我们拨开了部分迷雾。科学家们将目光投向了一个名为APOBEC3B（A3B）的蛋白质。A3B属于胞嘧啶脱氨酶家族，通常因其在病毒感染防御和癌症突变签名中的角色而被认知。有趣的是，它也被发现是ER的一个共激活因子。这不禁让人产生联想：A3B是否就是连接ER激活与DNA损伤的那个关键分子桥梁？为了验证这一猜想，研究人员开展了一系列精巧的实验。
研究人员主要运用了全基因组测序（在缺乏碱基切除修复BER功能的工程细胞模型中）、链特异性DNA:RNA免疫沉淀测序（ssDRIP-seq）以及单链DNA相关蛋白免疫沉淀测序（SPI-seq）等关键技术。这些技术从不同维度捕捉了A3B的活性位点、结合对象及其功能后果。
研究结果揭示了A3B在ER信号通路中前所未见的作用机制：
A3B优先靶向转录活跃的调控区域，且该过程依赖于R-loop。
通过在全基因组范围内分析缺乏BER功能的细胞（这能“冻结”A3B脱氨作用产生的尿嘧啶位点），研究人员发现A3B引起的脱氨事件并非随机分布，而是高度富集于由ER驱动的、转录活跃的增强子和启动子区域。更关键的是，这种靶向性强烈依赖于一种称为R-loop的特殊核酸结构。R-loop是由一条RNA:DNA杂合链和一条被置换出的单链DNA（ssDNA）共同组成的三链结构，常出现在高转录区域。这表明，A3B的脱氨活性与转录过程，特别是R-loop的形成，紧密相关。
A3B结合并脱氨R-loop内的单链DNA（ssDNA），该过程由ER反式激活促进。
为了直接证实A3B与R-loop的相互作用，研究团队使用了ssDRIP-seq技术特异性捕获基因组中的R-loop，并利用SPI-seq技术捕获与A3B蛋白结合的ssDNA。结果清晰地显示，A3B特异性地结合在R-loop结构中被置换出的那条ssDNA上，并对其中的胞嘧啶（C）进行脱氨，将其转化为尿嘧啶（U）。进一步的实验证明，ER的转录激活功能直接促进了这一过程，强化了A3B在R-loop位点的结合与编辑活性。
BER对A3B诱导的尿嘧啶的加工导致R-loop相关的DSB形成，这对ER调控的基因激活至关重要。
A3B造成的C-to-U变化本身并不是DNA断裂。然而，细胞内的BER修复机制会识别并试图切除这些“错误”的尿嘧啶碱基。研究人员发现，正是BER机器在处理R-loop区域内的A3B-induced uracil时，意外地导致了DNA双链的断裂。这些断裂并非普通的DSB，它们与R-loop结构共定位。功能实验表明，抑制A3B的活性或干扰BER通路，不仅减少了这些R-loop相关的DSB，还显著削弱了ER所调控的下游基因的激活。这说明，由A3B启动、经BER加工的这条通路所产生的DSB，是ER实现其转录激活功能的一个必要步骤。
综上所述，这项研究得出了核心结论：DNA胞嘧啶脱氨酶APOBEC3B（A3B）作为雌激素受体（ER）的共激活因子，通过以R-loop依赖的方式结合并编辑转录增强子区域的单链DNA，其诱导的碱基损伤经由碱基切除修复（BER）通路进行处理，最终导致了R-loop相关的DNA双链断裂（DSB）的形成。这些DSB并非单纯的破坏性副产品，而是ER有效激活靶基因所必需的分子事件。
在讨论部分，研究强调了这一发现的深远意义。它首次将A3B的脱氨酶活性、R-loop生物学和转录调控这三个关键领域联系在一起，阐明了A3B在维持R-loop动态平衡（ homeostasis）和基因表达调控中的新角色。更重要的是，该研究为理解ER阳性癌症（如乳腺癌）中观察到的基因组不稳定性提供了全新的机制框架：ER的过度活跃→招募A3B至增强子R-loop→A3B编辑ssDNA→BER加工引发DSB→基因组不稳定与肿瘤进化。这打破了以往对A3B主要作为诱变剂的单一认知，揭示了其在正常转录调控和病理状态下的双重功能。因此，靶向A3B或其与ER/R-loop相互作用的界面，可能成为预防或治疗ER驱动型癌症基因组不稳定性和肿瘤异质性的一个极具前景的新策略。
