利用合成致死（Synthetic Lethality）特異性殺傷腫瘤細胞，是近年來(lái)腫瘤臨床治療的一項重要嘗試。特別是靶向 BRCA1/BRCA2 突變的 PARP 抑制劑（PARPi），自問(wèn)世以來(lái)便展現出顯著(zhù)的臨床療效，為基于合成致死原理的靶向藥物開(kāi)發(fā)提供了積極的實(shí)踐驗證。
然而，PARPi 的應用有其局限性，即便在 BRCA1/2 突變的腫瘤細胞中，也并非所有病例均能對其產(chǎn)生敏感應答。究其原因，除了耐藥機制的存在，還在于 BRCA1/2 所參與的生物學(xué)過(guò)程比以前學(xué)術(shù)界所知的更為復雜。近年來(lái)，BRCA1/2 被發(fā)現在復制叉穩定性維持中發(fā)揮關(guān)鍵作用，然而細胞進(jìn)行復制叉穩定性維持的分子機制還未得到清晰揭示。
2025年1月14日18時(shí)，浙江大學(xué)劉婷教授團隊、方東教授團隊及黃俊教授團隊（博士生謝海華、宋禮志為共同第一作者）合作，在 Nature 子刊 Nature Chemical Biology 上發(fā)表了題為：Synergistic protection of nascent DNA at stalled forks by MSANTD4 and BRCA1/2-RAD51 的研究論文。該研究揭示了一條與 BRCA1/2 合成致死的新通路。
在這項最新研究中，研究團隊發(fā)現了一個(gè)具有與端粒結合蛋白 TRF1/TRF2 類(lèi)似的 Myb/SANT-like DNA 結合結構域的新蛋白——MSANTD4（Myb/SANT-like DNA-binding domain-containing protein 4），能結合于停滯復制叉翻轉臂的 3'-ssDNA 末端，特異性阻礙 RPA-WRN/BLM-DNA2 復合物對翻轉臂上新生 DNA 的過(guò)度切割，從而維持停滯復制叉的穩定性。該通路完全獨立于傳統已知的由 BRCA1/2-RAD51 介導的停滯復制叉保護機制，因此與 BRCA1/2 合成致死。
該研究首次報道了 MSANTD4 在復制叉穩定性維持中的功能及分子機制，為深入理解復制叉穩定性維持的分子機制以及腫瘤治療提供了全新視角。
在高等真核生物中，復制叉翻轉（Fork reversal） 是細胞應對復制壓力的一種進(jìn)化上高度保守的機制。在此過(guò)程中，“三叉”結構的復制叉在轉位酶（例如 SMARCAL1、ZRANB3、HLTF 和 PICH），以及 DNA 拓撲異構酶 TOP2A 和 SUMO E3 連接酶 ZATT 等因子的協(xié)作下，被重塑為更穩定的“四叉”結構，從而維持復制叉的動(dòng)態(tài)平衡。然而，復制叉翻轉臂末端由于其結構類(lèi)似于單一末端的 DNA 雙鏈斷裂（One-ended DSB），極易受到核酸酶攻擊，從而引發(fā)新生DNA鏈的降解，導致基因組不穩定性。
已有研究表明，BRCA1/2 介導的 RAD51-DNA 核纖絲（RAD51 filament） 能夠保護停滯復制叉的翻轉臂，起到維持復制叉穩定性的作用。然而，現有證據顯示，BRCA1/2-RAD51 軸并不能完全抵御多種核酸酶的攻擊，這表明可能存在獨立于 BRCA1/2-RAD51 的其它保護機制，有待進(jìn)一步研究和揭示。
在解旋酶 WRN/BLM 等的協(xié)助下，核酸酶 DNA2 可修剪翻轉復制叉的末端，產(chǎn)生帶有 3'-單鏈DNA突出末端（3'-overhanged DNA）的結構。這一結構是復制壓力緩解后，復制叉通過(guò)同源重組（Homologous recombination，HR）實(shí)現重啟的關(guān)鍵。然而，若這一切割過(guò)程失控，將導致復制叉的降解，并顯著(zhù)增加基因組不穩定性的風(fēng)險。因此，如何精確調控這些復合物的活性，成為實(shí)現停滯復制叉精準調控和有效保護的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
研究團隊發(fā)現，MSANTD4 蛋白在復制壓力下能夠被招募至停滯復制叉，并特異性結合 3'-overhanged DNA。該蛋白通過(guò)拮抗 BLM 或 WRN 對復制叉翻轉臂雙鏈 DNA 的解旋活性，有效阻止了 DNA2 對新生 DNA 的降解。與這一作用一致，MSANTD4 的缺失會(huì )導致細胞內新生 DNA 降解顯著(zhù)增加，同時(shí)提升細胞對復制壓力的敏感性。此外，由于 MSANTD4 保護翻轉復制叉末端的機制與傳統的 BRCA1/2-RAD51 軸完全不同，研究者還發(fā)現，MSANTD4 的缺陷能夠進(jìn)一步加劇 BRCA 缺陷細胞中新生 DNA 的降解現象，并顯著(zhù)提高這些細胞對復制壓力的敏感性，展現出“合成致死”的效應。
綜上所述，該研究首次報道了 MSANTD4 在復制叉穩定性調控中的關(guān)鍵功能與作用機制；系統闡明了 MSANTD4 保護停滯復制叉新生 DNA 鏈的分子生物學(xué)過(guò)程；同時(shí)揭示了一種 MSANTD4 與 BRCA1/2-RAD51 協(xié)作的新型復制叉保護模式。該協(xié)同機制能夠有效防止核酸酶對停滯復制叉翻轉臂中新生 DNA 的過(guò)度降解，為 BRCA1/2 突變相關(guān)腫瘤的“合成致死”療法開(kāi)發(fā)提供了潛在的全新靶點(diǎn)。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41589-024-01833-9
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