一項由匹茲堡大學（Pitt）和UPMC Hillman癌癥中心的研究人員領導的新研究顯示，一種名為PARP1的酶參與了端粒的修復過程，端粒是保護染色體末端的DNA片段，而干擾這一過程可能導致端?？s短和基因組不穩(wěn)定，從而引發(fā)癌癥。

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

匹茲堡大學分子藥理學副教授、UPMC Hillman研究員羅德里克·奧沙利文博士表示：“沒有人認為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)學靶標之一，但人們認為針對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，因為我們潛在地可以針對PARP1生物學的這一方面來改進癌癥治療?！?/p>

奧沙利文是該團隊在《自然結構與分子生物學》上發(fā)表的題為“失調(diào)的DNA ADP核糖化影響端粒復制”的報道的高級作者。

在正常細胞中，基因組損傷在DNA復制過程中自然發(fā)生，作為細胞周期的一部分，而PARP1在修復這些錯誤中發(fā)揮重要作用。“ADP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，它在細胞生理學中發(fā)揮著至關重要的作用，但最重要的是通過DNA修復來維護基因組穩(wěn)定性，”作者們解釋道。

健康的細胞也有其他DNA修復途徑可以依靠，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——嚴重依賴于PARP1，因為它們?nèi)狈RCA蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)控制著最有效的DNA修復形式，即同源復制。

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

“當癌細胞無法產(chǎn)生BRCA蛋白質(zhì)時，它們會依賴于PARP1參與的修復途徑，”奧沙利文說?！耙虼耍斈阋种芇ARP1——這是幾種已批準的癌癥藥物的機制——癌細胞沒有可用的修復途徑，它們就會死亡?！?/p>

盡管科學家在大約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Sir William Dunn病理學學院教授、世界知名PARP1專家伊凡·阿海爾博士，有一種預感，即還有更多關于這種酶及其在細胞中作用的東西有待了解?！氨M管ADPr長期以來被認為是蛋白質(zhì)的后轉(zhuǎn)錄修飾，但最近關于核酸，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，”調(diào)查人員指出。

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

接下來，他們將正常細胞與另一種酶TARG1缺陷細胞進行比較，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，導致端粒復制受到破壞和端粒過早縮短。

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

奧沙利文說：“我們使用了一個引導系統(tǒng)來指導酶只在端粒上添加ADP核糖，而不在基因組的其他地方。我們發(fā)現(xiàn)，如果我們將端粒負載ADP核糖，它們的完整性將受到嚴重損害，幾天內(nèi)就會導致細胞死亡?！弊髡哌M一步總結道：“我們發(fā)現(xiàn)，端粒DNA重復序列受PARP1介導的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也是高度動態(tài)的，并受到TARG1的嚴格控制?！?/p>

奧沙利文假設ADP核糖通過破壞一種稱為shelterin的保護結構來影響端粒完整性，后者保護著端粒，但需要進行更多研究來確認這一點。團隊總結道：“我們的研究揭示了端粒DNA-ADPr在滯后鏈端粒復制中功能上和復雜地與之相關，并由于TARG1缺陷導致這種修飾的去除失敗，從而影響了端粒復制?！?/p>

奧沙利文補充說：“針對PARP1的治療已經(jīng)是癌癥治療的一個巨大成功案例，但一些患者對PARP1抑制劑產(chǎn)生了抗藥性。我對這項研究感到興奮，因為我們發(fā)現(xiàn)了關于PARP1生物學的新內(nèi)容，這引發(fā)了一系列新問題，有助于我們開發(fā)新的方法來針對PARP1或調(diào)整我們已有的治療方法。我們正處在一項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：http://dx.doi.org/10.1038/s41594-024-01279-6

編輯：王洪

排版：李麗