Brr2 RNA解旋酶通过双向调控环状RNA-R环代谢维持基因组稳定性的机制研究

本研究揭示了DEAD-box RNA解旋酶Brr2在维持环状RNA-R环（ciR-loop）稳态中的关键作用。研究人员发现Brr2通过抑制反向剪接（BS）减少环状RNA（circRNA）生成，同时直接解旋已形成的ciR-loop，从而防止转录异常和DNA损伤。该发现为理解R-loop代谢调控提供了新视角，对基因组稳定性维持机制研究具有重要意义。

在真核细胞中，R环（R-loop）是一种由RNA-DNA杂交体和被置换的单链DNA组成的特殊核酸结构。正常情况下，R环参与调控基因转录、表观遗传修饰等关键生物学过程。然而，当R环异常积累时，会成为基因组不稳定的重要来源，导致转录复制冲突、DNA双链断裂等严重后果。近年来研究发现，环状RNA（circRNA）也能与DNA形成杂交结构，产生环状RNA-R环（ciR-loop），但其代谢调控机制和生物学功能尚不明确。

发表在《Nature Communications》的这项研究，系统揭示了DEAD-box RNA解旋酶Brr2在ciR-loop代谢中的核心调控作用。研究人员通过多种技术方法展开研究：利用RNA干扰（RNAi）技术筛选鉴定Brr2的关键功能；通过RNA测序（RNA-seq）分析转录组变化；采用免疫荧光（IF）和荧光原位杂交（FISH）技术检测ciR-loop形成和定位；开展体外解旋实验验证Brr2的酶活功能；使用彗星实验（Comet assay）和EdU染色评估DNA损伤和细胞增殖。

Brr2特异性调控环状RNA生物发生

研究人员通过全基因组RNAi筛选发现，敲低Brr2显著促进环状RNA积累，而对线性RNA表达影响较小。进一步实验表明，Brr2通过抑制反向剪接（back-splicing, BS）特异性调控环状RNA生成，而不影响常规剪接（linear-splicing, LS）。机制上，Brr2可能通过识别环状RNA特征性序列 motif，直接干预环状RNA的生物发生过程。

Brr2直接解旋ciR-loop结构

免疫荧光检测发现，Brr2缺失导致S9.6信号（R-loop标志物）显著增强，且该信号对RNase H敏感但对RNase R耐受，证实其特异性来源于ciR-loop。体外实验证明，Brr2能直接解旋RNA-DNA杂交体，而缺失解旋活性的Brr2_AH1突变体无此功能。这些结果确立了Brr2作为ciR-loop解旋酶的直接证据。

ciR-loop积累引发转录异常

转录组分析显示，Brr2缺失导致环状RNA宿主基因的反义转录（antisense transcription, AT）显著激活，且该现象在转录起始位点（TSS）邻近环状RNA位点的基因中更为突出。同时，研究人员观察到提前转录终止（premature transcription termination, PTT）事件增加，表明ciR-loop可能通过形成物理障碍干扰转录进程。

ciR-loop破坏基因组稳定性

功能实验发现，Brr2缺失细胞出现DNA复制应激、γH2A.X焦点（DNA损伤标志）增加和染色体分离错误等现象。过表达RNase H1能部分挽救这些表型，证实ciR-loop积累是基因组不稳定的直接原因。此外，细胞增殖测定显示Brr2缺失显著抑制细胞生长，提示ciR-loop稳态对细胞正常功能至关重要。

本研究首次揭示Brr2通过双重机制调控ciR-loop稳态：一方面抑制环状RNA生成减少ciR-loop形成底物，另一方面直接解旋已形成的ciR-loop结构。这种双向调控模式确保细胞快速有效地应对ciR-loop动态变化，为理解RNA结合蛋白在整合转录与转录后调控中的功能提供新范式。研究还发现ciR-loop通过干扰转录方向和复制进程影响基因组稳定性，拓展了对非编码RNA基因组调控功能的认识。该成果对阐明R-loop相关疾病机制和开发潜在治疗策略具有重要参考价值。