多核苷酸磷酸化酶通过在复制—转录冲突期间降解R环中的RNA来阻止复制重启

DNA复制与转录机器在同一模板上同时发挥功能，从而导致二者之间发生冲突。在冲突过程中，新生mRNA可与其模板链杂交，形成RNA:DNA杂交体，而该杂交体存在于称为R环的核酸结构中。R环的积累会导致复制叉严重停滞，并最终导致细胞死亡。在细菌中，存在已被充分认识的复制重启机制，理论上应当能够拯救这些停滞的复制叉，然而在冲突过程中，这一过程却受到抑制。此外，体外研究表明，RNA:DNA杂交体可作为复制重启的底物。 在此，我们发现高度保守的外切核酸酶多核苷酸磷酸化酶（在枯草芽孢杆菌中称为PNPase）能够阻止RNA:DNA杂交体介导的复制重启，且这一作用特异性发生于R环积累的严重冲突区域。我们的体外数据显示，PNPase可结合RNA:DNA杂交体，并降解这些结构中的RNA。与此一致，我们发现，在体内PNPase可结合冲突区域并降低R环水平。据我们所知，除RNase H外，目前已知唯一能够降解杂交体中RNA的另一类酶即为RNase H。我们的研究结果鉴定出PNPase是一种能够执行类似功能的新型酶。 更为重要的是，我们的数据表明，PNPase能够抑制由R环介导的复制重启，而其缺失则允许冲突区域发生复制重启。我们还观察到，PNPase的活性可降低突变，提示由RNA:DNA杂交体介导的复制重启具有高度诱变性。我们提出，PNPase通过降解可能重新启动复制的RNA，在R环内作为一种防护机制，阻止RNA:DNA杂交体引发的高诱变性复制重启。

DNA复制与转录机器在同一模板上同时发挥作用，从而导致二者之间发生冲突。在冲突过程中，新生mRNA可与其模板链杂交，形成RNA:DNA杂交体，而该杂交体存在于被称为R环的核酸结构中。R环的积累会导致复制叉严重停滞，并最终导致细胞死亡。

在细菌中，存在众所周知的复制重启机制，理论上应当能够挽救这些停滞的复制叉，然而在冲突期间，这一过程却受到抑制。此外，体外研究已表明，RNA:DNA杂交体是复制重启的底物。在本研究中，我们发现高度保守的外切核酸酶多核苷酸磷酸化酶（在枯草芽孢杆菌中称为PNPase）可阻止RNA:DNA杂交体介导的复制重启，且这种作用特异性发生在R环积累的严重冲突区域。

我们的体外数据表明，PNPase能够结合RNA:DNA杂交体，并降解这些结构中的RNA。与此一致的是，我们发现体内PNPase可结合冲突区域并降低R环水平。据我们所知，目前唯一已知能够降解杂交体中RNA的另一类酶是RNase H。我们的研究结果将PNPase鉴定为一种能够执行类似功能的新型酶。

重要的是，我们的数据表明，PNPase可抑制由R环介导的复制重启，而其缺失则允许复制从冲突区域重新启动。我们还观察到，PNPase活性可降低突变，这提示由RNA:DNA杂交体介导的复制重启具有高度诱变性。我们提出，PNPase通过降解R环中可能重新启动复制的RNA，作为一种防护机制，阻止RNA:DNA杂交体介导的诱变性复制重启。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.06.02.729377v1?rss=1

🏷️ R环 复制-转录冲突 PNPase RNA:DNA杂交体 复制重启 枯草芽孢杆菌