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Science: 靶向核苷酸“抢救”因子DNPH1能够提高癌细胞对PARP抑制剂的敏感性

来源:本站原创 2021-04-12 02:56

2020年4月12日讯/生物谷BIOON/---BRCA1或BRCA2肿瘤抑制基因的突变使个体提高患乳腺癌和卵巢癌的风险。 在临床中,上述癌症患者往往会接受靶向聚(ADP-核糖)聚合酶(PARP)的抑制剂治疗。 根据最近发表在《Science》杂志上的一项研究,来自英国弗朗西斯-克里克研究所的Stephen C. West团队表明:抑制DNPH1(一种消除细胞毒性核苷酸5-羟甲基-脱氧尿苷(hmdU)单磷酸的蛋白质),可增强BRCA缺陷细胞对PARP抑制剂(PARPi)的敏感性。 进一步研究揭示,该药物的杀伤力是基于SMUG1糖基化酶对基因组hmdU的作用而完成的,并导致PARP捕获,复制叉塌陷,DNA断裂形成和细胞凋亡。 通过使用hmdU和DNPH1抑制处理,可以使对PARPi具有抗性的BRCA1缺陷细胞重新变得敏感。 由于基因组hmdU是PARPi敏感性的关键决定因素,因此靶向DNPH1为BRCA缺陷型癌症对PARPi治疗耐受性的问题提供了一种有前途的解决方案。


(图片来源:www.sciencemag.org)

在该研究中,作者首先利用CRISPR技术对PAPRi敏感性的调节元件进行了筛选。通过基于慢病毒方法,向MUS81-/-细胞(一种同源重组缺陷的细胞系)中导入了CRISPR全基因组文库,然后用olaparib处理10天,该筛选手段帮助鉴定出缺失(致敏)和富集(引起耐药性)的sgRNA(gRNA)。使用MAGeCK(基于模型的全基因组CRISPR-Cas9基因敲除分析)算法对gRNA读数进行生物信息学分析,确定了调节细胞对PARPi敏感程度的几个决定因素。

(图1,DNPH1缺失导致HR缺陷型癌细胞对PAPR抑制剂更加敏感)

筛选结果中排名最高的是DNPH1(2'-脱氧核苷5'-单磷酸N-糖苷酶,也称为RCL),它是在多种肿瘤中过表达的c-Myc蛋白的靶标。因此科学家们认为DNPH1可能参与核苷酸的“挽救”途径,并起着防御的作用:从核苷酸库中除去修饰的或异常的核苷酸,以防止其掺入DNA中。第二种核苷酸“拯救”分子——ITPA(肌苷三磷酸酶)的破坏也使MUS81-/-细胞对olaparib敏感:通过使三磷酸脱氧肌苷去磷酸化以限制其掺入DNA中。 DNPH1和ITPA也已在先前的PARPi筛选中鉴定得到,为了验证其功能,作者使用单独的CRISPR敲除细胞系进行了二次检验。结果显示:eHAP细胞中任何一个基因的破坏都不会影响细胞的生长或生存能力,但任一基因的缺陷会使缺乏HR的MUS81-/-细胞对olaparib的治疗敏感(。这些结果表明,DNPH1和ITPA的靶核苷酸是PARPi细胞毒性潜在的内源性DNA损伤的来源。

(图2,DNPH1的基因组修饰能力影响癌细胞对PAPR抑制剂的响应)

此前研究表明,DNPH1在体外具有水解脱氧核糖核苷单磷酸(dNMP)的能力,但其体内的靶点以及生物学功能仍然未知。为了确定DNPH1的靶标,作者对WT,DNPH1-/-和ITPA-/-细胞中基因组DNA的核苷组成进行了代谢组学分析。结果显示,在ITPA-/-细胞中发现了数量更多的基因组脱氧肌苷(dI),然而在DNPH1-/-细胞中,基因组DNA中5-羟甲基-脱氧尿苷(hmdU)发生特异性增加。 hmdU是一种细胞毒性核苷,由表观遗传调控过程中的胸腺嘧啶核苷氧化损伤或5-羟甲基-脱氧胞苷(hmdC)脱氨基引起。除此之外,作者没有观察到其他基因组核苷的显著变化。基因组hmdU的定量显示,野生型中的脱氧核糖核苷(dNs)约为5个/每一百万碱基,DNPH1-/-细胞中的脱氧核糖核苷(dNs)约为15个/每百万碱基。因为DNPH1水解dNMP,所以这些结果表明DNPH1作用于核苷酸池中的hmdU单磷酸(hmdUMP),从而限制其向基因组DNA的掺入。通过对核苷酸库的分析,作者发现,用hmdU处理的DNPH1-/-细胞中的hmdUMP与WT细胞相比增加了10倍,而基因组中的hmdU修饰则仅仅增加了大约三倍。这些结果表明,DNPH1作用于hmdUMP,以限制其掺入DNA。

最后,作者发现hmdU的基因组修饰能够使得HR缺陷型细胞对PAPRi更为敏感,从而证明了靶向DNPH1是提高PAPRi耐受性癌细胞的治疗效果的新方法。(生物谷 Bioon.com)

原始出处:Kasper Fugger, Ilirjana Bajrami, Mariana Silva Dos Santos et al., Targeting the nucleotide salvage factor DNPH1 sensitizes BRCA-deficient cells to PARP inhibitors. Science. (2021)
Vol. 372, Issue 6538, pp. 156-165 DOI: 10.1126/science.abb4542
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