EMBO:控制侵袭性癌细胞

时间:2022年9月22日
来源:The EMBO Journal

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brca1 /2突变的肿瘤细胞通常能在化疗或放疗治疗中存活,因为它们可以修复治疗诱导的DNA损伤。Max Delbrück中心的Claus Scheidereit领导的团队在EMBO杂志上报道了阻断TSG101蛋白是如何阻碍这些肿瘤细胞进行这种修复过程的。

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每个细胞都有两种不同的“工具”来修复DNA单链或双链断裂,这可能是由环境毒素、化疗或电离辐射等因素引起的。第一个由DNA修复基因BRCA1和BRCA2组成,而第二个是一种叫做聚(adp -核糖)聚合酶的酶,简称PARP1。健康细胞和恶性细胞都使用这些工具。它们最终会做同样的事情,并且可以相互替代。如果DNA修复因为损伤太大而失败,细胞就会启动它的自杀程序——凋亡——并摧毁自己。这一过程已成为癌症治疗的一个靶点。

携带BRCA1和/或BRCA2基因突变的人患某些类型肿瘤的风险非常高,最显著的是乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌。这些人缺乏其中一种工具,这就解释了为什么他们更容易发展成癌细胞。这样的肿瘤细胞也只有一个工具可以使用——PARP1——来确保它们的生存。然而,brca1 /2相关肿瘤通常具有很强的侵袭性,很难治疗。因此,马克斯Delbrück中心的克劳斯·沙伊德雷特(Claus Scheidereit)教授领导的研究人员仔细研究了激活PARP1酶的信号通路。沙伊德雷特是该研究的最后一位作者。在这个过程中,他们发现了一种瞄准目标并使这个工具无用的方法。

为了防止DNA损伤后的细胞凋亡,一种叫做NF-κB的关键信号通路开始发挥作用。它启动细胞核中基因的转录,最终激活PARP1,使细胞能够修复损伤。通过逐个关闭基因,该研究的共同第一作者Ahmet Tufan和莱布尼兹- forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)的Katina Lazarow筛选了整个人类基因组,寻找调节这一信号通路的基因。为了做到这一点,他首先在基因组中引入了一种“测量基因”,这为荧光蛋白标签提供了蓝图。Tufan解释说:“在化疗药物依托泊苷诱导DNA损伤后的几个小时,细胞呈现绿色,因为NF-κB被激活了。”20,000个基因的大量样本都亮了起来——但有些没有。这是因为在这些样本中,一个在信号通路中起重要作用的基因显然被关闭了。

阻碍PARP1维修

但是哪一个呢?候选基因的数量是数千个——毕竟,NF-κ b信号通路控制着广泛的细胞功能,如免疫反应。“我们利用生物信息学排除了那些在细胞中执行例行“家务”任务的基因,然后让剩下的500个基因再次进行相同的程序。”研究小组再次使用依托泊苷诱导DNA损伤。Scheidereit说:“对于每个基因,我们使用细胞因子TNF-alpha进行了并行测试,它也激活了这一信号通路,但只在有炎症时发挥作用。”

在这之后,只剩下一小组基因。研究人员已经知道,其中一些是信号通路的一部分,而另一些不是。哪一个是最关键的?图凡利用算法在各种数据库中搜索线索。这些基因的产物在哪里和其他基因一起被提到?有没有任何论文声称有问题的蛋白质与其他蛋白质结合形成复合物?该团队还梳理了实验室自己的数据库。然后,他们突然发现了他们一直在寻找的东西:肿瘤易感基因101 (TSG101)。这种基因本身并不是一个新发现;它在细胞中扮演许多已知的角色。但在这个特殊的过程中,一旦PARP1酶停靠在受损部位,它就会与PARP1结合。只有这样,PARP1自身才会变得活跃。

“PARP1就像一把上了膛的枪,”Scheidereit说。“无论你只是抓细胞,对它们施加剪应力,还是完全粉碎它们,PARP1都会被激活。但如果细胞中没有TSG101,它就不起作用。可以说,它缺少了导火索。”研究人员能够使用荧光染色的PARP1在显微镜下实时观察发生了什么。在用激光烧毁细胞核上的小孔几秒钟后,PARP1从四面八方涌入细胞核,并与DNA损伤部位结合,细胞发出绿色的光。几分钟后,灯光变暗了。

惊人的观察

Scheidereit解释说:“PARP1修改自己,吸引其他辅助蛋白质进行必要的修复,然后分离自己。”然而,如果TSG101基因被关闭,PARP1就会以同样快的速度流入细胞核中DNA受损的部位——但绿光依然存在。PARP1无法从受损的DNA中挣脱出来。“在我在活细胞成像实验中所做的所有观察中,这是最令人惊讶的,”Tufan说。“在没有tsg101的细胞中,PARP1实际上被困在了DNA受损的位置。”

Scheidereit总结说:“通过这项研究,我们已经表明,使用PARP抑制剂和关闭TSG101具有相同的效果。”通过使用不同的乳腺癌细胞系,研究人员还能够在实验室中证明,没有TSG101基因的细胞在化疗后很快死亡。然而,死亡最快的细胞是那些带有BRCA1突变的细胞,因为它们不再有任何修复DNA的工具。

PARP抑制剂已经用于某些癌症的治疗好几年了——例如,用于治疗乳腺癌患者的BRCA突变。Scheidereit说:“不幸的是,目前还没有开发出专门针对PARP1的单一抑制剂,因为有一整套PARP基因。”“然而,基于我们的研究结果,现在可以开始有针对性地寻找阻断TSG101与PARP1结合的治疗药物。”因此,该研究可能为未来开发针对brca1 /2相关癌症的高效、更有针对性的治疗方法铺平道路。

原文标题:

TSG101 Associates with PARP1 and is Essential for PARylation and DNA Damage-induced NF-κB Activation

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