内源性拓扑异构酶切割复合物的全基因组定位揭示了TOP1处于DNA拓扑调控与基因组不稳定性的交界面

拓扑异构酶切割复合物（topoisomerase cleavage complexes，TOPcc）是拓扑异构酶催化过程中瞬时形成的共价蛋白质-DNA中间体，也是人类细胞中一大类主要的DNA-蛋白质交联，但其内源性基因组分布仍难以解析。在此，我们开发了蛋白质-DNA加合物免疫沉淀测序（protein-DNA adduct immunoprecipitation followed by sequencing，pDAIP-seq）方法。这是一种高度灵敏的内源性TOPcc检测方法，无需采用拓扑异构酶毒性药物进行稳定化处理，即可在正常生理条件下对其进行全基因组谱分析。利用pDAIP-seq，我们发现，现有TOP1cc谱分析方法所必需的喜树碱处理不仅增加了TOP1cc的丰度，还显著改变了其基因组分布。在转录受到抑制时，内源性TOP1cc在全基因组范围内减少；而在TOP2A耗竭时，TOP1cc则增加，这支持了TOP1cc受全基因组DNA拓扑稳态维持机制调控的观点。有趣的是，TOP1cc的区域分布和核苷酸尺度定位——包括TOP1催化性切割位点的位置——在很大程度上由局部DNA序列环境所决定。通过扩展pDAIP-seq以捕获参与DNA修复的瞬时共价蛋白质-DNA中间体，包括TDP1-DNA、PARP1-DNA和KU70-DNA加合物，我们进一步鉴定出内源性TOP1cc可能是人类细胞中自发性DNA断裂的主要来源。最后，pDAIP-seq还能够对处于程序性减数分裂DNA切割过程中的小鼠睾丸内TOP2cc、TOP3cc和SPO11-DNA共价中间体进行全基因组定位。综上，这些发现确立了pDAIP-seq作为一种广泛适用于共价蛋白质-DNA中间体定位的方法，并揭示了内源性TOP1cc是连接DNA拓扑调控与人类基因组不稳定性的关键中间体。

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# 全基因组绘制内源性拓扑异构酶切割复合物揭示TOP1处于DNA拓扑调控与基因组不稳定性的交界面

Shuai Li ， 查看ORCID档案 Chongyi Chen doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.755763

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通讯作者： chongyi.chen{at}nih.gov

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拓扑异构酶切割复合物（topoisomerase cleavage complexes，TOPcc）是拓扑异构酶催化过程中瞬时形成的共价蛋白质-DNA中间体，也是人类细胞中一类主要的DNA-蛋白质交联，但其内源性基因组分布仍然难以解析。在此，我们开发了蛋白质-DNA加合物免疫沉淀测序（protein-DNA adduct immunoprecipitation followed by sequencing，pDAIP-seq）技术。这是一种高灵敏度的内源性TOPcc检测方法，无需使用拓扑异构酶毒剂进行稳定化，即可在正常生理条件下对其进行全基因组分析。利用pDAIP-seq，我们发现，现有TOP1cc分析方法所必需的喜树碱处理不仅增加了TOP1cc的丰度，还显著改变了其基因组分布。转录抑制会导致内源性TOP1cc整体减少，而TOP2A耗竭则会使其增加，这支持了TOP1cc受全基因组DNA拓扑稳态维持机制调控的观点。有趣的是，TOP1cc的区域分布和核苷酸尺度定位，包括TOP1催化性切割位点的位置，在很大程度上均由局部DNA序列背景所决定。通过扩展pDAIP-seq以捕获参与DNA修复的瞬时共价蛋白质-DNA中间体，包括TDP1-DNA、PARP1-DNA和KU70-DNA加合物，我们进一步鉴定出内源性TOP1cc可能是人类细胞中自发性DNA断裂的主要来源之一。最后，pDAIP-seq还能够对处于程序性减数分裂DNA切割过程中的小鼠睾丸样本进行全基因组TOP2cc、TOP3cc以及SPO11-DNA共价中间体定位。综上，这些研究结果确立了pDAIP-seq作为一种可广泛应用于共价蛋白质-DNA中间体定位的方法，并揭示内源性TOP1cc是连接DNA拓扑调控与人类基因组不稳定性的关键中间体。

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## 资助者信息声明

美国国家癌症研究所， https://ror.org/040gcmg81

## 版权

本预印本的。

该预印本依据 CC-BY-NC-ND 4.0国际许可协议 提供。

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发布于2026年10月2日。

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Shuai Li ， Chongyi Chen

bioRxiv 2026.09.30.755763； doi： https://doi.org/10.64898/2026.09.30.755763

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📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.30.755763v1?rss=1

🏷️ 拓扑异构酶切割复合物 DNA拓扑稳态 基因组不稳定性 蛋白质-DNA交联 全基因组定位 DNA修复