Mol Cell ：同济大学袁健等团队发现细胞的“代谢-修复”耦合开关，一个琥珀酰基团如何决定癌细胞对靶向药物的生死

琥珀酰辅酶A（CoA）作为关键代谢物，在三羧酸（TCA）循环中至关重要。α-酮戊二酸脱氢酶复合体（α-KGDH）催化α-酮戊二酸转化为琥珀酰辅酶A，而琥珀酰辅酶A合成酶（SCS）介导琥珀酰辅酶A与琥珀酸之间的相互转化。该反应也是TCA循环中唯一的底物水平磷酸化步骤。

琥珀酰辅酶A参与多种生物过程，如脂肪酸氧化和氨基酸代谢。琥珀酰化是一种蛋白质翻译后修饰（PTM），其中琥珀酰辅酶A通过酶促和非酶促机制修饰蛋白质上的赖氨酸残基。既往研究表明，蛋白质琥珀酰化在心血管疾病、神经系统疾病、炎症、糖尿病和肿瘤增殖中发挥多种关键作用。然而，琥珀酰化在肿瘤生物学中的作用仍不清楚。

基因组稳态对于维持生物体生存至关重要。外源性或内源性DNA损伤可导致单链和双链断裂（DSBs），损害基因组稳定性。真核细胞进化出两种主要的DSB修复机制：非同源末端连接（NHEJ）和同源重组（HR）。NHEJ直接连接断裂的DNA末端，其速度比HR快，但容易出错。

与NHEJ不同，HR是一种无误修复，主要发生在细胞周期的G2/S期，并需要同源模板进行修复。HR的起始步骤涉及DNA末端切除，即DSB处的5′ DNA末端被加工以产生3′单链DNA（ssDNA）突出端。

该过程由MRE11-RAD50-NBS1（MRN）复合体中的核酸酶减数分裂重组蛋白11（MRE11）启动，并由磷酸化的CtBP[C末端结合蛋白]相互作用蛋白（CTIP）进一步促进。MRN-CTIP完成短程切除，而长程切除则由核酸外切酶1（EXO1）或DNA2执行，后者与Bloom（BLM）或Werner（WRN）解旋酶协同作用。

在HR切除完成后，游离的3′ ssDNA突出端首先被复制蛋白A（RPA）包裹以防止降解。随后，乳腺癌抑制蛋白乳腺癌2型（BRCA2）介导RAD51重组酶（RAD51）加载到ssDNA上，取代RPA。RAD51丝状体随后识别、配对并侵入同源双链DNA，将其用作修复模板。

模式流程图（图片源自Molecular Cell ）

作为HR通路的核心组分，RAD51发挥着关键作用，它在多种生物中高度保守并包含一个特征性的RecA核心结构域。RAD51通过与ssDNA结合并形成核蛋白丝来促进链交换。该丝状体负责识别和侵入同源DNA序列，从而在不引入突变的情况下精确修复DSBs。

RAD51独特的链交换活性对于成功完成HR至关重要。RAD51加载到RPA包裹的ssDNA上依赖于BRCA2多肽中心区域的BRC重复结构域（BRC），该结构域对RAD51具有强亲和力。既往研究表明，包括磷酸化和泛素化在内的多种PTMs调控RAD51的活性和功能。RAD51的失调与基因组不稳定性增加相关，并与癌症进展和治疗抵抗有关，这凸显了其在基因组维持中的重要性及其作为癌症治疗靶点的潜力。

本研究证明，RAD51琥珀酰化调控HR。琥珀酰辅酶A:3-酮酸辅酶A转移酶1（OXCT1）和组蛋白去乙酰化酶11（HDAC11）分别促进和减弱RAD51第285位赖氨酸（K285）的琥珀酰化。RAD51琥珀酰化影响RAD51灶的形成。DNA损伤反映的HDAC11第5位苏氨酸（T5）磷酸化导致其与RAD51结合增加，从而促进RAD51的去琥珀酰化。大量研究表明，HR过度激活是癌症化学治疗抵抗的主要驱动因素。

本研究证明，低水平的RAD51琥珀酰化促进癌细胞的HR和化学治疗抵抗。一种旨在阻断RAD51与HDAC11相互作用的细胞穿透肽（CPP）可增加RAD51琥珀酰化、损害HR，从而在癌细胞模型和患者来源异种移植模型中增强癌细胞对化学治疗的敏感性。总之，本研究提出RAD51琥珀酰化抑制HR，并且提高RAD51琥珀酰化水平可增强肿瘤细胞的化学治疗敏感性。

原文链接：https://www.cell.com/molecular-cell/fulltext/S1097-2765(26)00062-6