揭示了组蛋白促进停滞DNA复制叉重启的重要功能
DNA复制是一个十分精细的分子调控过程， 在DNA复制过程中体内体外大量的刺激因素如UV、染色质高级结构的阻拦等会产生DNA复制压力(replication stress)，从而使得复制叉停滞（fork stall）甚至垮塌（fork collapse）造成DNA损伤(DNA damage)，进而导致基因组不稳定，因此DNA复制应激的响应和修复对于保证DNA复制完成的准确性和染色质稳定性以及正常的细胞命运具有重要意义。DNA复制压力产生后会形成单链DNA，单链DNA会迅速被RPA复合物识别，进而启动ATR信号分子的激活。ATR作为重要的磷酸激酶在DNA复制应激过程中起到至关重要的作用，而ATR信号通路的激活是ATR发挥功能的关键。在面临DNA复制应激条件下，RPA复合物会与暴露的单链DNA结合形成平台，招募ATR以及ATR的激活分子如ATRIP、TopBP1、ETAA1等促进ATR的激活。目前已有部分研究报道组蛋白修饰酶类和组蛋白修饰会参与DNA复制应激以及DNA损伤修复，但是组蛋白修饰是否会直接参与并调控ATR通路的激活尚不清楚。
2021年6月2日，深圳大学朱卫国教授团队在PNAS在线发表题为SETD2-mediated H3K14 trimethylation promotes ATR activation and stalled replication fork restart in response to DNA replication stress的长文文章，揭示了组蛋白甲基化修饰参与调控ATR信号通路激活，并促进停滞的DNA复制叉重启的重要功能。
研究人员首先发现了组蛋白赖氨酸位点H3K14可以发生甲基化修饰，并且通过制备特异性抗体进一步验证发现在多种细胞系和小鼠组织中均存在H3K14甲基化修饰，作者进一步通过甲基化酶筛选和体内体外实验验证，发现组蛋白甲基化酶SUV39H1和SETD2可以催化H3K14的三甲基化修饰。
进一步的生理学功能探索发现在DNA复制压力刺激下，H3K14me3水平有一个明显的上升，且这种上升主要是由于在DNA复制压力情况下SETD2被招募到染色质上催化带来的。之后发现，H3K14me3可以直接与RPA复合物相互结合，并且促进RPA复合物在DNA复制压力情况下到染色质以及复制叉上的招募。作者发现在SETD2敲除的细胞中给与DNA复制压力刺激，ATR信号通路的激活大幅度下降，而且确定了这种现象是与SETD2的催化活性相关的，回补SETD2的催化活性区域之后能够恢复ATR信号通路的激活。
作者接下来在模拟H3K14非甲基化状态的H3K14突变稳转细胞系中发现在DNA复制压力刺激下，ATR信号通路的激活同样大幅度下降。值得注意的是，作者发现H3K36me3作为SETD2的经典组蛋白甲基化底物，在DNA复制压力条件下并没有发生明显改变，且将H3K36突变之后也没观察到对ATR信号通路激活的明显影响，提示H3K14me3和H3K36me3可能在不同条件下发挥功能。
最后作者发现SETD2敲除和H3K14突变均可以导致停滞的DNA复制叉重启延迟和放缓，SETD2介导的H3K14me3对DNA复制压力导致的细胞周期阻滞的恢复过程起到重要的影响，基于此机制作者通过细胞存活实验发现SETD2敲除或H3K14突变的肿瘤细胞对于产生DNA复制压力的药物敏感性显著增强。
综上，该项研究鉴定了新的组蛋白甲基化修饰位点H3K14me3的甲基化酶，发现组蛋白修饰能够直接影响RPA复合物在染色质上的招募，从而将组蛋白修饰与ATR信号通路的激活联系起来，说明组蛋白修饰参与调控了DNA复制压力的最开始的响应过程，提出了SETD2-H3K14me3-RPA-ATR的调控通路。针对该机制，对于未来临床治疗SETD2突变的肿瘤策略和药物研发具有重要的提示意义。
深圳大学朱卫国教授和刘向宇研究员为本文的通讯作者，深圳大学博士后朱骞为本文的第一作者。
DNA复制压力条件下SETD2介导的H3K14me3调控ATR激活的信号通路
