DNA损伤修复相关通路的合成致死靶点研究及其在卵巢癌中的应用和前景

DNA损伤引发细胞启动一系列DNA损伤应答(DNA damage response,DDR),包括DNA损伤修复、细胞周期检查点激活、细胞周期阻滞、各种细胞内信号转导途径的活化和细胞凋亡等。DNA损伤修复(DNA damage repair)是细胞维持基因组稳定性的重要机制,于2015年获得诺贝尔化学奖。DNA损伤修复途径主要包括:碱基切除修复(base-excision repair,BER)、核苷酸切除修复(nucleotide excision repair,NER)、错配修复(mismatch repair,MMR)、同源重组(homologous recombination,HR)和非同源末端连接(non-homologous end joining,NHEJ)等,分别在DNA单链断裂(single-strand break,SSB)或双链断裂(double-strand break,DSB)等损伤修复中发挥重要作用。DNA损伤修复缺陷与肿瘤发生发展密切相关,同时也是肿瘤治疗的重要靶点。DNA损伤修复通路的多聚ADP核糖聚合酶(poly-ADP-ribose polymerase,PARP)与乳腺癌易感基因BRCA 1/2等存在合成致死(synthetic lethality)作用,使PARP抑制剂(PARP inhibitor,PARPi)成为第一个也是目前唯一上市的肿瘤治疗合成致死靶药。PARPi在卵巢癌及多种实体瘤治疗中疗效良好,使DNA损伤修复及相关DDR通路的合成致死靶药研发成为热点,其他在研靶点主要包括:共济失调毛细血管扩张突变蛋白(ataxia telangiectasia-mutated protein,ATM)、共济失调毛细血管扩张与RAD3相关蛋白(ataxia telangiectasia and Rad3 related protein,ATR)、DNA依赖性蛋白质激酶催化亚单位(DNA-dependent protein kinase catalytic subunit,DNA-PKcs)、细胞周期检测点激酶1(checkpoint kinase1,CHK1)、细胞周期检测点激酶2(checkpoint kinase 2,CHK2)、阻止有丝分裂的蛋白质激酶WEE1等。PARPi与其他DDR靶药、抗血管生成药物及免疫检查点抑制剂的联用,有可能成为克服PARPi耐药、提高疗效的有效手段和发展前景。本文针对DNA损伤修复及相关DDR通路的关键分子和潜在肿瘤治疗靶点进行综述,阐述了DNA损伤修复相关通路的合成致死靶点研究及在卵巢癌的应用和前景,为基础研究及临床应用提供指导。

转录因子MYB转录调控MTFR2通过DNA损伤修复促进胃癌细胞化疗耐药性

目的探究v-myb禽成髓细胞病病毒癌基因同源物(MYB)转录调控线粒体裂变调节因子2(MTFR2)对胃癌(GC)细胞顺铂(DDP)耐药性的影响及分子作用机制。方法TCGA数据库分析GC中差异mRNA并预测上游调控分子,qRT-PCR检测MTFR2和MYB的表达,双荧光素酶和染色质免疫共沉淀(ChIP)实验验证MTFR2和MYB的调控关系,细胞计数盒8(CCK-8)检测细胞活力并计算IC_(50)值,流式细胞术检测细胞周期和细胞凋亡,彗星实验检测DNA损伤,蛋白质免疫印迹法检测DNA损伤相关蛋白(γ-H2AX、ATM、p-ATM)的表达。结果MTFR2在GC组织和细胞中显著高表达,敲低MTFR2能够降低细胞增殖,阻滞S期,诱导细胞凋亡,促进DNA损伤和DDP敏感性。生信预测MTFR2存在上游转录因子MYB,MYB在GC组织和细胞中的表达显著上调,双荧光素酶和ChIP验证了MTFR2启动子区域与MYB的结合关系。回复实验发现进一步过表达MTFR2能够逆转敲低MYB对GC细胞增殖和DDP耐药性的抑制作用。结论MYB上调MTFR2的表达通过DNA损伤途径促进GC细胞增殖和DDP耐药,表明靶向MYB/MTFR2调控轴可能是克服GC DDP耐药性的潜在途径。

RNF20对紫外线诱导的胃癌细胞DNA损伤修复的影响

目的探究在紫外线暴露下环指蛋白20(ring finger protein 20,RNF20)低表达对胃癌细胞DNA损伤修复的影响及其相关作用机制。方法实验采用慢病毒载体构建稳定低表达胃癌细胞系,分为对照组和RNF20敲低组,用CCK-8法检测两组细胞的增殖情况,用总共照射剂量为20 J/m^(2)紫外线照射胃癌MGC803细胞,采用Western blotting及免疫荧光技术检测两组细胞γ-H2AX、RAD51和p21的情况。结果荧光显微镜观察两组细胞均有绿色荧光蛋白表达;CCK-8显示RNF20表达降低会促进胃癌细胞增殖;敲低组细胞中RNF20蛋白较对照组表达降低。与对照组相比,经20 J/m^(2)紫外线照射细胞后,敲低组γ-H2AX消失更加迟缓,RAD51蛋白表达降低,p21蛋白表达下降趋势更慢。结论RNF20敲低会抑制紫外线诱导的胃癌细胞DNA损伤修复过程。

UbcH5a调控DNA损伤修复蛋白表达对食管癌细胞放射敏感性的影响

目的:构建过表达人泛素交联酶UbcH5a基因的稳定转染食管鳞癌EC109细胞株,研究UbcH5a影响食管癌放射敏感性的机制。方法:将EC109细胞分为空白对照组(不处理)、阴性对照组(转染pEGFP-C1质粒)和过表达组(转染pEGFP-UbcH5a质粒)。分别采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)和western blotting法检测UbcH5a mRNA及蛋白表达以验证转染效率,克隆形成实验检测2 Gy X线照射后的细胞存活分数(SF2),免疫荧光检测DNA损伤灶点,western blotting法检测DNA损伤修复相关蛋白(ATM、ATR、p-ATM、p-ATR、Chk1、Chk2和BRCA1)表达。结果:与空白对照组相比,过表达组UbcH5a mRNA及蛋白表达水平升高,SF2降低,DNA损伤灶点增多(均P<0.05),而阴性对照组无明显变化(P>0.05)。与阴性对照组相比,过表达组经X线照射前、后ATM、ATR、p-ATM、p-ATR、Chk1、Chk2和BRCA1表达均显著下调(均P<0.05)。结论:UbcH5a通过抑制DNA损伤修复相关蛋白表达来增强食管癌细胞的放射敏感性。

基于DNA损伤修复基因的膀胱癌预后风险模型构建及其在免疫治疗效果预测中的应用

目的本研究旨在探索构建一个基于DNA损伤修复相关基因(DDRGs)的预测膀胱癌患者生存预后及免疫治疗效果的风险模型。方法首先,从TCGA⁃BLCA数据集下载的RNA序列及临床信息,通过单变量Cox、最小绝对收缩与选择算法(LASSO)及多变量Cox分析,筛选出与DNA损伤修复相关的基因(DDRGs),构建预后风险模型;利用Kaplan⁃Meier生存曲线评估生存差异,通过接收者操作特征(ROC)曲线验证模型性能,并结合临床特征构建列线图进行验证。最后,对临床特征进行了分层分析,并进一步通过基因集富集分析(GSEA)、评估免疫状态和免疫检查点抑制剂(ICIs)的治疗效果。结果通过构建11个DNA损伤修复相关基因的风险模型,显示高风险得分的膀胱癌患者生存率明显低于低风险得分患者。免疫状态的分析揭示了高风险与低风险组之间存在显著差异,且低风险组患者对免疫检查点抑制剂的治疗效果更佳。结论基于DNA损伤修复构建的预后风险模型能有效预测膀胱癌患者的生存预后及其对免疫检查点抑制剂治疗的响应性。

月球辐射环境致DNA链断裂损伤规律的仿真研究

月球表面缺乏磁场和大气的保护,其辐射环境长期处于极端恶劣的水平,对探月航天员的健康构成了严重威胁。针对月表面无屏蔽、航天服屏蔽和月面基地屏蔽条件下的空间辐射环境,运用基于蒙特卡洛方法的Geant4-DNA仿真软件,研究了单细胞核内DNA在上述环境下的链断裂损伤规律。结果表明:质子引起的双链断裂比例低于铁离子;无屏蔽状态下,若爆发太阳粒子事件,DNA结构将在短期内受到严重破坏,链断裂总数可达2×10^(6)个以上,约占细胞核内碱基对总数的0.039%;银河宇宙线环境中,辐射风险主要由长期累计剂量引起,质子凭借更高的通量,拥有了比铁离子更强的DNA破坏效果;但在有屏蔽状态下,DNA结构的损伤状况得到了明显改善,尤其是爆发太阳粒子事件这种极端情况下,最多减少了99.96%的链断裂数。

川芎嗪通过RAD52调控乳腺癌细胞DNA损伤修复

目的:探究TMP对乳腺癌BT474细胞增殖、细胞周期及其调控蛋白表达与DNA双链断裂修复通路的相关性。方法:CCK8法测定TMP对乳腺癌BT474细胞的增殖抑制情况;流式细胞术测定TMP对细胞周期的影响;单细胞凝胶电泳测定分析TMP对损伤后细胞DSBs累积情况的影响;Isce-I内切酶系统检测TMP对修复通路活性的影响;Western blotting检测DSBs修复通路相关染色体结合蛋白表达水平变化。结果:TMP通过使细胞阻滞在G_(1)期呈浓度依赖性抑制BT474细胞增殖,显著减少体内由Zeocin导致的细胞拖尾DNA含量(P<0.05);TMP显著增加BT474细胞对RAD52、ERCC1、XRCC4以及DNA LigⅣ蛋白募集,减少对KU80蛋白募集,促进了SSA以及NHEJ通路修复活性(P<0.05)。结论:TMP通过阻滞BT474细胞停留在G_(1)期使其发挥增殖抑制作用的机制之一;TMP通过增强损伤缺口对各个通路的关键染色体结合蛋白募集,促进SSA与NHEJ修复通路活性从而减少DNA损伤。

RNA甲基化修饰调控DNA损伤修复过程及其在肿瘤耐药中的作用

DNA损伤修复是指纠正DNA两条单链间错配的碱基、清除DNA链上受损的碱基、恢复DNA正常结构的过程。细胞内存在多种机制来应对不同类型的DNA损伤,同源重组修复便是重要的修复机制之一。在同源重组修复过程中,RNA的合成发挥着重要作用,而RNA甲基化修饰作为一个普遍存在于真核细胞中的调控机制,也参与了这一复杂的修复过程。肿瘤发生过程中普遍存在RNA甲基化修饰失调导致的DNA损伤累积,从而引起肿瘤的恶性转化。此外,RNA甲基化修饰还可以影响放化疗后细胞对DNA损伤的修复能力,使肿瘤细胞的放化疗敏感性发生改变,进而影响治疗效果。本文综述了目前已知的不同类型RNA甲基化修饰在DNA损伤修复过程中的作用,并进一步分析RNA甲基化修饰介导的DNA损伤修复异常在肿瘤临床诊断、预后判断和作为治疗靶点等方面的应用前景。

DNA-PKcs在DNA损伤修复中的作用及机制

机体在体内因素如DNA碱基错配、自身不稳定性、机体代谢产生活性氧自由基(ROS)等,体外因素如辐射、化学毒物、药物、病毒和霉菌等作用下,可以造成DNA损伤。DNA损伤有碱基损伤、错配、DNA单链或双链断裂、嘧啶二聚体形成等多种类型。其中,DNA双链断裂(DSB)是一种非常严重的损伤类型。DSB的修复方式主要有两种,分别是同源重组(HR)、非同源末端连接(NHEJ)[1]。

靶向DNA损伤修复通路的胰腺癌治疗策略

随着新的免疫治疗和靶向治疗的发展,其他肿瘤的预后明显得到改善。但胰腺癌的5年生存率一直维持在10%以下,是极具挑战性的恶性肿瘤,亟待寻找新的治疗策略。DNA损伤修复通路形成复杂的调控网络,其功能缺陷将导致肿瘤的发生,但同时增加对基因毒性药物及放射治疗的敏感性。DNA损伤修复通路的异常与恶性肿瘤的发展和肿瘤的耐药密切相关,而PARP抑制剂在BRCA1/2缺陷肿瘤中的成功应用,极大地促进了针对DNA损伤修复缺陷肿瘤的分子靶向治疗研究。除PARP抑制剂外,针对ATR、CHK1、WEE1、DNA-PK等DNA损伤修复的抑制剂均已进入临床试验。在转移性胰腺导管癌中发现,15%~20%的患者存在DNA损伤修复基因的体细胞突变或种系突变,然而其中的部分突变并不影响基因的功能。DNA损伤修复基因在胰腺癌等肿瘤中频繁发生表观遗传异常改变,深入研究其对DNA修复调控网络的影响,有望获得新的“协同致死”治疗策略。

基于DNA损伤修复基因构建AML预后预测模型

目的构建基于DNA损伤修复(DNA Damage Response,DDR)基因的急性髓系白血病(Acute Myeloid Leukemia,AML)预后模型,为探索AML基因稳定性和精准治疗提供理论依据。方法利用TCGA和GEO数据库分别下载训练集和验证集;利用MSigDB数据库的DDR通路基因,根据训练集中DDR基因表达水平与总生存(Overall survival,OS)相关系数,构建Lasso回归模型并得出特征基因;多因素COX回归得出每个基因的相关系数,并计算DDR评分(risk score);在训练集和验证集中分别根据DDR评分截断值,将2组病例分为高危组(high risk)和低危组(low risk),并对2组临床特征和预后进行比较;绘制受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)评价该DDR基因集的DDR评分预测OS的灵敏度和特异度。结果以TCGA(n=157)AML数据集作为训练集,建立Lasso回归模型后得到10个特征基因,将这10个特征基因合集命名为“DDR基因集”;高危组和低危组比较发现,高危组含ELN2017不良组(Adverse)病例比例更高(P<0.05);高危组OS较低危组明显缩短(P<0.05);年龄≥60岁(HR:2.853;95%CI:1.909~4.263),ELN2017危险度分层为不良组(HR:1.63;95%CI:1.059~2.511)以及高DDR评分(HR:3.137;95%CI:2.075~4.744)是影响OS的独立危险因素;验证集中发现高危组OS较低危组明显缩短(P<0.05);绘制TCGA数据集的ROC曲线显示:1年AUC=0.709,3年AUC=0.755和5年AUC=0.759。结论DDR基因集灵敏和稳健,DDR评分可用于临床预测AML的预后。

DNA聚合酶θ:易错的多功能DNA末端修复分子

DNA聚合酶θ(DNA polymerase theta,Polθ)是一种广泛存在于动植物中的DNA修复酶。它在选择性末端连接(alternative end-joining,Alt-EJ)途径中发挥着关键作用,常参与DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSB)损伤修复。在正常生理状态下,Polθ主要调控基因组稳定性。然而,在恶性肿瘤发生时,Polθ表现出异常高表达水平,并参与调控肿瘤细胞的恶性转变过程。研究表明,抑制Polθ活性可导致同源重组(homologous recombination,HR)缺陷的肿瘤细胞发生合成致死(synthetic lethality,SL)。因此,已经开发出多种针对Polθ的小分子抑制剂,可与其他化疗药物联合使用以抑制恶性肿瘤的发展。此外,敲除或抑制Polθ活性还能增加HR修复效率,从而提高外源基因靶向整合效果。本文综述了Polθ及其介导的Alt-EJ修复机制在生物学功能方面的最新研究进展,为靶向Polθ在肿瘤治疗和基因编辑方面的应用提供理论基础。

DNA损伤修复基因胚系突变乳腺癌新辅助化疗疗效分析

目的:分析携带DNA损伤修复(DNA damage repair,DDR)相关基因突变的乳腺癌患者对基础蒽环类新辅助化疗方案(anthracycline,A)、蒽环联合紫杉类新辅助化疗方案(anthracycline-taxane,A-T)、蒽环联合紫杉和铂类新辅助化疗方案(anthracycline-taxane/carboplatin,A-TP)的疗效反应。方法:2003年10月至2015年5月,105例携带DDR基因胚系突变(非BRCA)的原发性乳腺癌患者在北京大学肿瘤医院分别接受A(n=69)、A-T(n=19)、A-TP(n=17)3种新辅助化疗方案。通过χ2检验或Fisher精确检验比较3组患者的病理完全缓解(pathological complete remission,pCR)率;采用Kaplan-Meier生存分析和Cox回归模型分析患者的乳腺癌特异生存(breast cancer-specific survival,BCSS)及无复发生存(recurrence-free survival,RFS)。结果:93.3%(98/105)的患者接受了4~8个周期的新辅助化疗。接受A、A-T、A-TP新辅助方案的3组患者的pCR率分别为11.6%、21.1%和35.3%。A-TP组pCR率显著高于A组(P=0.028),A-TP组pCR率也高于A-T组,但未达到统计学差异。经过65.6个月的中位随访,A-TP组的BCSS(HR=0.50,95%CI:0.09~2.73,P=0.41)和RFS(HR=0.51,95%CI:0.15~1.74,P=0.27)略优于A-T组,但无统计学差异。结论:DDR基因胚系突变患者应用A-TP新辅助化疗方案可显著提高pCR率,加入铂类药物或可提高患者的药物反应性及预后。

DNA双链断裂损伤修复系统研究进展

多种内源或外源因素都能造成细胞基因组DNA损伤,细胞内建立了复杂的修复系统来应对不同形式的损伤。其中DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)作为最严重的损伤形式,主要激活同源重组修复(Homologous recombination repair)和非同源末端连接(Non-homologous end joining)通路。这两条通路都是由多个修复元件参与、经过多步反应的复杂过程。两者各具特点、协同作用,共同维护细胞基因组的稳定性。对其分子机制的阐明为肿瘤放化疗的辅助治疗提供了潜在的作用靶点。

去泛素化酶JOSD2通过调控DNA损伤修复影响非小细胞肺癌细胞对抗肿瘤药物的敏感性

目的:研究去泛素化酶含约瑟芬结构域2蛋白(JOSD2)对非小细胞肺癌(NSCLC)恶性进展的调控作用及其分子机制。方法:从基因表达数据库下载NSCLC转录组表达数据及临床资料,利用主成分分析、limma差异分析和基因表达量分析考察NSCLC中表达水平显著上调的去泛素化酶相关基因;利用KaplanMeier生存分析算法考察不同去泛素化酶对NSCLC患者总生存期的影响;利用基因本体论富集分析和基因集富集分析考察高表达JOSD2的患者中信号通路的变化情况;利用基因集变异分析和皮尔逊相关性分析考察JOSD2表达水平与DNA损伤反应(DDR)通路的相关性;利用蛋白质印迹法考察JOSD2和DNA损伤修复通路相关蛋白的表达水平;利用免疫荧光法考察JOSD2在细胞内亚定位的变化;利用磺酰罗丹明染色法考察敲低JOSD2对DNA损伤类药物的敏感性。结果:与癌旁组织比较,NSCLC组织中JOSD2的表达量显著上调(P<0.05),且与NSCLC患者的不良预后显著相关(P<0.05);与低表达JOSD2的组织比较,高表达JOSD2的NSCLC组织中DDR相关途径显著激活(均P<0.05),且JOSD2的表达水平与DDR相关途径激活程度呈显著正相关(均P<0.01);与对照组比较,过表达JOSD2显著促进NSCLC细胞系的DDR过程,此外,DNA损伤剂处理可显著提高JOSD2的细胞核定位,而敲低JOSD2显著增强NSCLC细胞对DNA损伤剂的敏感性(均P<0.05)。结论:JOSD2通过促进DNA损伤修复途径调控NSCLC的恶性进展,而敲低JOSD2可显著增强NSCLC细胞对DNA损伤剂的敏感性。

植物DNA双链断裂损伤修复机制研究进展

DNA双链断裂(DSBs)是细胞最严重的损伤形式之一。高等动植物中主要通过非同源末端连接(NHEJ)途径进行DNA双链断裂修复。该途径不依赖DNA同源性,由一些修复因子如:Ku蛋白异二聚体、DNA-PKcs、XRCC4和ligaseⅣ等,将断裂末端直接连接进行修复。综述了植物DNA双链断裂损伤修复的主要途径及其相关基因研究的进展,探讨了植物DNA损伤修复研究中存在的问题与发展方向。

重离子所致DNA双链断裂损伤修复的γH2AX焦点响应

DNA双链断裂(DSB)是电离辐射所致基因组DNA的主要和最严重的损伤类型,磷酸化组蛋白γH2AX能比较特异地在DSB处形成焦点,是DSB的分子标志物之一。比较了重离子~7Li、^(12)C与γ射线辐照小鼠MEF细胞诱发γH2AX焦点的规律特征。结果显示,诱发形成的平均每个细胞的γH2AX焦点数目与照后时间相关,表达峰值出现在照后2 h,但不同类型辐射高表达的持续时间不同。在相同剂量下,致焦点形成率与辐射的LET值相关,LET值越高,形成率越大。γ射线诱发的γH2AX焦点尺寸随照后时间无明显变化,高LET重离子诱发的γH2AX焦点尺寸随时间变化先增加后减小;与低LET的γ射线相比,高LET辐射诱发的焦点平均尺寸明显变大,LET越高焦点尺寸越大且保持时间越长。

范可尼贫血:从遗传疾病到癌症关联的DNA修复通路探索与治疗展望

范可尼贫血(FA)是一种遗传性疾病,其特征包括骨髓衰竭、发育异常和易患癌症。这种疾病是由基因突变引起的,导致修复DNA链间交联(ICLs)异常。DNA损伤反应失调会导致基因组不稳定,增加突变率和致癌风险。FA通路是DNA损伤应答的重要组成部分,在DNA链间交联修复和基因组稳定性方面发挥着关键作用。任何一个编码FA蛋白的基因胚系突变都会导致FA。随着体细胞癌中FA基因表达异常的普遍发生和不断开展的FA通路激活与化疗耐药相关性的研究,FA通路与癌症之间的联系得到了进一步确认,并且基于FA通路基因缺陷的靶向治疗也在逐步开发和应用。本文综述了FA蛋白在ICLs修复、FA信号网络调节以及其在癌症发病和预后中的重要作用,并探讨了靶向FA途径的小分子抑制剂的潜在应用。

木犀草素对人胃癌细胞DNA双链断裂及同源重组修复的影响

目的探讨木犀草素对人胃癌细胞DNA双链断裂(DNA double-strand breaks,DSBs)及同源重组(homologous recombination,HR)修复的影响。方法采用流式细胞仪检测作用木犀草素后各组细胞内ROS水平变化及GFP阳性率;彗星实验检测木犀草素对DSBs的影响;Western blotting检测DNA损伤标志性蛋白γH2AX和HR修复蛋白Rad51的表达;免疫荧光检测DNA损伤修复相关蛋白表达的募集情况。结果木犀草素以剂量依赖性方式增加胃癌细胞内ROS含量;用I-Scel质粒转染DR-GFP后木犀草素处理组GFP阳性细胞比例明显少于未加木犀草素组;但彗星实验表明,木犀草素处理后人胃癌AGS细胞后增加彗星尾炬;经木犀草素处理后,胃癌细胞中DNA的γH2AX上调,修复关键蛋白Rad51的表达下调;免疫荧光结果表明,在木犀草素处理人胃癌AGS细胞后HR修复蛋白Rad51在DNA损伤位点的募集减少。结论木犀草素能够促进人胃癌细胞DSBs,并抑制其HR修复。

DNA单链断裂损伤修复研究进展

在哺乳动物细胞中DNA单链断裂的修复过程需要多聚（ADP-核糖）聚合酶、X射线修复交叉互补蛋白1、DNA连接酶IIIα和其他DNA损伤修复因子的参与。该修复过程分为单链断裂的检测、断链末端处理、缺口填补和DNA连接四个环节。