Disruption of G-quadruplex dynamicity by BRCA2 abrogation instigates phase separation and break-induced replication at telomeres

端粒 生物 细胞生物学 组蛋白 遗传学 DNA
作者
Jennifer J Lee,Hyung-Min Kim,Haemin Park,UkJin Lee,Chaelim Kim,Min Woo Lee,Younggy Shin,Ji-Jung Jung,Han‐Byoel Lee,Wonshik Han,Hyun‐Sook Lee
出处
期刊:Nucleic Acids Research [Oxford University Press]
标识
DOI:10.1093/nar/gkae251
摘要

Dynamic interaction between BRCA2 and telomeric G-quadruplexes (G4) is crucial for maintaining telomere replication homeostasis. Cells lacking BRCA2 display telomeric damage with a subset of these cells bypassing senescence to initiate break-induced replication (BIR) for telomere synthesis. Here we show that the abnormal stabilization of telomeric G4 following BRCA2 depletion leads to telomeric repeat-containing RNA (TERRA)-R-loop accumulation, triggering liquid-liquid phase separation (LLPS) and the assembly of Alternative Lengthening of Telomeres (ALT)-associated promyelocytic leukemia (PML) bodies (APBs). Disruption of R-loops abolishes LLPS and impairs telomere synthesis. Artificial engineering of telomeric LLPS restores telomere synthesis, underscoring the critical role of LLPS in ALT. TERRA-R-loops also recruit Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2), leading to tri-methylation of Lys27 on histone H3 (H3K27me3) at telomeres. Half of paraffin-embedded tissue sections from human breast cancers exhibit APBs and telomere length heterogeneity, suggesting that BRCA2 mutations can predispose individuals to ALT-type tumorigenesis. Overall, BRCA2 abrogation disrupts the dynamicity of telomeric G4, producing TERRA-R-loops, finally leading to the assembly of telomeric liquid condensates crucial for ALT. We propose that modulating the dynamicity of telomeric G4 and targeting TERRA-R-loops in telomeric LLPS maintenance may represent effective therapeutic strategies for treating ALT-like cancers with APBs, including those with BRCA2 disruptions.

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