一項(xiàng)由匹茲堡大學(xué)（Pitt）和UPMC Hillman癌癥中心的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的新研究顯示，一種名為PARP1的酶參與了端粒的修復(fù)過(guò)程，端粒是保護(hù)染色體末端的DNA片段，而干擾這一過(guò)程可能導(dǎo)致端粒縮短和基因組不穩(wěn)定，從而引發(fā)癌癥。

PARP1被認(rèn)為是基因組監(jiān)控的一部分。當(dāng)它感知到DNA中的斷裂或損傷時(shí)，它會(huì)向特定蛋白質(zhì)添加一種叫做ADP核糖的分子，這些蛋白質(zhì)作為信標(biāo)，招募其他修復(fù)斷裂的蛋白質(zhì)。這一新發(fā)現(xiàn)首次證明PARP1也作用于端粒DNA，為了解和改進(jìn)抑制PARP1的癌癥療法打開了新的途徑。

匹茲堡大學(xué)分子藥理學(xué)副教授、UPMC Hillman研究員羅德里克·奧沙利文博士表示：“沒有人認(rèn)為DNA中的ADP核糖化是可能的，但最近的發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了這一信條?！薄癙ARP1是癌癥研究中最重要的生物醫(yī)學(xué)靶標(biāo)之一，但人們認(rèn)為針對(duì)這種酶的藥物只作用于蛋白質(zhì)?，F(xiàn)在我們知道PARP1還修飾DNA，這改變了游戲規(guī)則，因?yàn)槲覀儩撛诘乜梢葬槍?duì)PARP1生物學(xué)的這一方面來(lái)改進(jìn)癌癥治療?！?/p>

奧沙利文是該團(tuán)隊(duì)在《自然結(jié)構(gòu)與分子生物學(xué)》上發(fā)表的題為“失調(diào)的DNA ADP核糖化影響端粒復(fù)制”的報(bào)道的高級(jí)作者。

在正常細(xì)胞中，基因組損傷在DNA復(fù)制過(guò)程中自然發(fā)生，作為細(xì)胞周期的一部分，而PARP1在修復(fù)這些錯(cuò)誤中發(fā)揮重要作用?！癆DP核糖化（ADPr）是一種由稱為PARP的ADP核糖轉(zhuǎn)移酶（ART）酶催化的大分子修飾，它在細(xì)胞生理學(xué)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，但最重要的是通過(guò)DNA修復(fù)來(lái)維護(hù)基因組穩(wěn)定性，”作者們解釋道。

健康的細(xì)胞也有其他DNA修復(fù)途徑可以依靠，但缺乏BRCA蛋白質(zhì)的BRCA缺陷性癌癥——其中包括許多乳腺和卵巢腫瘤——嚴(yán)重依賴于PARP1，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈RCA蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)控制著最有效的DNA修復(fù)形式，即同源復(fù)制。

△羅德里克·奧沙利文博士，匹茲堡大學(xué)分子藥理學(xué)副教授，UPMC希爾曼癌癥中心研究員

“當(dāng)癌細(xì)胞無(wú)法產(chǎn)生BRCA蛋白質(zhì)時(shí)，它們會(huì)依賴于PARP1參與的修復(fù)途徑，”奧沙利文說(shuō)?！耙虼?，當(dāng)你抑制PARP1——這是幾種已批準(zhǔn)的癌癥藥物的機(jī)制——癌細(xì)胞沒有可用的修復(fù)途徑，它們就會(huì)死亡?！?/p>

盡管科學(xué)家在大約60年前發(fā)現(xiàn)了PARP1在蛋白質(zhì)的ADP核糖化中的作用，奧沙利文及其合作者、牛津大學(xué)Sir William Dunn病理學(xué)學(xué)院教授、世界知名PARP1專家伊凡·阿海爾博士，有一種預(yù)感，即還有更多關(guān)于這種酶及其在細(xì)胞中作用的東西有待了解。“盡管ADPr長(zhǎng)期以來(lái)被認(rèn)為是蛋白質(zhì)的后轉(zhuǎn)錄修飾，但最近關(guān)于核酸，包括DNA的ADP核糖化的證據(jù)挑戰(zhàn)了這種修飾的既定觀點(diǎn)，”調(diào)查人員指出。

奧沙利文及其團(tuán)隊(duì)首先比較了正常人類細(xì)胞和PARP1缺陷細(xì)胞。使用結(jié)合到ADP核糖和端粒特異性探針的抗體，他們發(fā)現(xiàn)ADP核糖附著到正常細(xì)胞的端粒DNA上，但不會(huì)附著到PARP1缺陷的細(xì)胞上，表明這一酶負(fù)責(zé)DNA的ADP核糖化。

接下來(lái)，他們將正常細(xì)胞與另一種酶TARG1缺陷細(xì)胞進(jìn)行比較，后者可以去除ADP核糖。他們發(fā)現(xiàn)，在沒有TARG1的情況下，ADP核糖在端粒處積累，導(dǎo)致端粒復(fù)制受到破壞和端粒過(guò)早縮短。

為了證明這些端粒缺陷是由于端粒DNA的修飾引起的，奧沙利文及其團(tuán)隊(duì)將與PARP1功能類似的細(xì)菌酶置入人類細(xì)胞中。

奧沙利文說(shuō)：“我們使用了一個(gè)引導(dǎo)系統(tǒng)來(lái)指導(dǎo)酶只在端粒上添加ADP核糖，而不在基因組的其他地方。我們發(fā)現(xiàn)，如果我們將端粒負(fù)載ADP核糖，它們的完整性將受到嚴(yán)重?fù)p害，幾天內(nèi)就會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡?！弊髡哌M(jìn)一步總結(jié)道：“我們發(fā)現(xiàn)，端粒DNA重復(fù)序列受PARP1介導(dǎo)的ADP核糖化的影響，而這種影響被ADPr水解酶TARG1逆轉(zhuǎn)…必須破壞TARG1才能檢測(cè)到DNA-ADPr反映，就像蛋白質(zhì)多ADP核糖化一樣，端粒DNA-ADPr也是高度動(dòng)態(tài)的，并受到TARG1的嚴(yán)格控制?！?/p>

奧沙利文假設(shè)ADP核糖通過(guò)破壞一種稱為shelterin的保護(hù)結(jié)構(gòu)來(lái)影響端粒完整性，后者保護(hù)著端粒，但需要進(jìn)行更多研究來(lái)確認(rèn)這一點(diǎn)。團(tuán)隊(duì)總結(jié)道：“我們的研究揭示了端粒DNA-ADPr在滯后鏈端粒復(fù)制中功能上和復(fù)雜地與之相關(guān)，并由于TARG1缺陷導(dǎo)致這種修飾的去除失敗，從而影響了端粒復(fù)制?！?/p>

奧沙利文補(bǔ)充說(shuō)：“針對(duì)PARP1的治療已經(jīng)是癌癥治療的一個(gè)巨大成功案例，但一些患者對(duì)PARP1抑制劑產(chǎn)生了抗藥性。我對(duì)這項(xiàng)研究感到興奮，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)了關(guān)于PARP1生物學(xué)的新內(nèi)容，這引發(fā)了一系列新問題，有助于我們開發(fā)新的方法來(lái)針對(duì)PARP1或調(diào)整我們已有的治療方法。我們正處在一項(xiàng)令人興奮的新探索的開始階段，還有很多需要探索的地方?！?/p>

參考文獻(xiàn)：http://dx.doi.org/10.1038/s41594-024-01279-6

編輯：王洪

排版：李麗