DNA的精确复制是保障人类基因组稳定和遗传信息代代相传的基石。然而，在疯狂增殖的癌细胞内部，时时刻刻上演着关乎生死存亡的“复制危机”。其DNA复制过程频频受阻甚至陷入停滞状态（即复制压力），这引发了大量损伤、基因拷贝数变异和染色体重排等一系列基因组不稳定事件，成为癌症演化升级的“引擎”。
尽管其自带“修复工具包”，能够一定程度上保护并重启受阻的复制过程，但我们始终不清楚细胞是如何在全局层面上指挥调度并度过“复制危机”的。
近日，浙江大学国际健康医学研究院再生与衰老医学中心应颂敏教授团队在Vita杂志在线发表了题为“Replication stress induces amplification of early replicating loci in the human genome”（复制压力诱导早期复制区域的异常扩增）成果。
本研究聚焦于“DNA复制程序如何系统应对复制压力”这一核心科学问题，运用新生DNA捕获测序技术，首次绘制了肿瘤细胞在复制压力下DNA复制重新启动的全基因组高分辨率图谱。研究发现，复制重启在基因组中并非随机发生，而是高度集中于特定的“重启热点”区域（RHs）。深入分析表明，这些热点绝大多数位于早期复制区域，并富含高密度的复制起始位点（ORC1结合位点），提示基因组中的“早期复制区域”在遭遇复制压力时具有更高的重启效率。
意外的是，研究人员发现即使在复制晚期，这些已完成DNA拷贝的“早期复制区域”再次出现了新生DNA合成迹象。这种异常的“重复复制”现象在不同细胞系以及多种复制压力诱导条件下均稳定存在，研究人员将其定义为重复复制位点（reRSs）。
机制研究表明，“断裂诱导复制”(Break-induced replication，BIR)关键因子PIF1和SLX4的缺失可显著减弱reRSs处的重复复制信号，且该信号随复制压力处理时间延长而增强，说明BIR是介导reRSs处发生异常复制的核心机制。表观遗传特征分析显示，reRSs位于染色质开放、转录活跃的区域（呈现高ATAC-seq信号及活跃转录组蛋白修饰），这样的环境一方面易引发复制-转录冲突导致复制叉断裂，从而启动BIR；另一方面也有利于复制与修复相关蛋白的募集，进而促进重复复制的发生。
研究最终证实，reRSs与基因组不稳定性密切相关：这些区域显著富集DNA损伤蛋白H2AX和RAD51。更重要的是，重复复制事件与拷贝数扩增（gain CNV）高度相关——在骨肉瘤以及泛癌相关的拷贝数扩增区域中，reRSs的出现频率显著高于随机区域。这说明了BIR机制引发的异常重复复制能够驱动基因组局部发生扩增，为理解癌症中拷贝数变异的起源提供了全新机制视角。
本研究不仅系统揭示了细胞在应对复制压力时存在一种保守的、优先保护早期复制区域的重启程序，更揭示了由BIR介导的致病性基因扩增新机制，为深入理解肿瘤基因组不稳定性和开发相关治疗策略提供了重要理论依据。
再生与衰老医学中心博士后季芳、博士后廖红卫和浙江大学医学院博士研究生唐浩宇为论文共同第一作者。浙江大学国际健康医学研究院再生与衰老医学中心应颂敏教授和丹麦哥本哈根大学Ian David Hickson教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金等资助。
