RNA修饰可以调控很多细胞过程，包括DNA损伤修复。近期研究发现氧化损伤产生的DNA双链断裂（DSB）可以激发TRDMT1催化5-甲基胞嘧啶（m5C）修饰，此m5C修饰发生在mRNA上。m5C修饰通过招募RAD52-RAD51可以促进同源重组修复DNA损伤，但m5C如何被动态调控及m5C动态变化如何影响修复进程还不清楚。

2022年3月15日，麻省总医院癌症中心/哈佛医学院 Li Lan 实验室在PNAS杂志发表题为FMRP promotes transcription-coupled homologous recombination via facilitating TET1-mediated m5C RNA modification demethylation的文章。该研究发现随着DNA损伤修复的发生，m5C RNA修饰存在去甲基化的过程；而FMRP作为TRDMT1的相互作用因子，可以被招募到DNA损伤位点，并协助TET1介导的去甲基化过程。FMRP的缺失可以造成m5C以及相关R-loop在损伤位点的累计，损害同源重组修复进程，并增加肿瘤细胞的放射敏感性。该研究揭示了FMRP作为新的m5C reader，可以协调m5C writer及eraser，并促进mRNA依赖的同源重组修复和肿瘤细胞的生存。

该研究中，研究人员通过TRDMT1免疫共沉淀以及质谱分析鉴定了一系列TRDMT1相互作用蛋白。FMRP作为丰度最高的蛋白之一，在之前的生物信息学报道中显示其在RNA上的结合位点与m5C RNA修饰位点有很多重合，暗示FMRP可能有m5C RNA修饰调控功能。首先在确认了FMRP与TRDMT1的相互作用之后， 研究人员发现FMRP的缺失可以延缓DNA损伤产生的m5C的去甲基化过程。体外实验显示相比没有修饰的DNA:RNA hybrids，FMRP结合带有m5C RNA修饰的DNA:RNA hybrids的能力更强。利用实验室之前建立的DART (DNA damage at RNA-transcribed sites)系统发现FMRP可以更容易被招募到具有转录过程发生的DNA损伤位点，并有助于DNA损伤修复的发生。相比发生在异染色质区域的DNA损伤，发生在具有转录过程的DNA损伤会诱导TRDMT1催化m5C RNA修饰。更进一步的实验显示FMRP招募到DNA损伤位点是依赖于TRDMT1的。通过构建突变体及相关实验，研究人员发现FMRP的chromatin结合能力以及RNA结合能力对于依赖FMRP的m5C去甲基化过程都是需要的。

那么FMRP缺失导致的m5C在损伤位点的累积是如何影响DNA损伤修复的呢？研究人员发现在FMRP缺失后，R-loop也存在在DNA损伤位点的累积。而R-loop作为一个由mRNA链与模板DNA链配对产生的包含DNA:RNA hybrid及相应的单链DNA组成的特殊结构，其在DNA损伤位点的累积会阻碍同源重组修复的过程。相对应地，RAD51以及RAD52也滞留在修复过程后期的DNA损伤位点。

体外生化实验显示纯化的FMRP蛋白并不能直接催化m5C的去甲基化反应，但是可以提高TET1催化m5C去甲基化的能力。细胞实验显示FMRP可以招募TET1到损伤位点，并且FMRP依赖的去甲基化与TET1介导的m5C去甲基化处于同一通路。所以FMRP可以通过招募并协助TET1行使m5C去甲基化功能，并促进同源重组修复。

利用TCGA中乳腺癌病人的RNA转录组数据进行分析显示，FMRP低表达细胞具有更高的放射敏感性。值得指出的是TRDMT-FMRP-TET1介导的同源重组修复是依赖于转录过程以及mRNA的，此通路不依赖BRCA1/2。并且同时敲低FMRP和BRCA2可以增加肿瘤细胞的放射敏感性。该项研究对于开发新的癌症治疗策略具有重要意义。

麻省总医院癌症中心/哈佛医学院Li Lan教授为该论文的通讯作者，杨海波博士为第一作者。麻省总医院的王裕民博士、Tribhuwan Yadav博士、欧阳剑博士、Laiyee Phoon、朱雪平博士、Lee Zou教授, 匹兹堡大学的Yufei Xiang博士及Yi Shi教授参与该工作的完成。

原文链接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2116251119