Nat Rev | 靶向癌癥中的DNA損傷反應(yīng)途徑

原創(chuàng)?夏天?圖靈基因?2022-12-16 16:13?發(fā)表于江蘇

收錄于合集#前沿分子生物學(xué)機(jī)制

撰文：夏天

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亮點(diǎn)：

1害晦、本文詳細(xì)總結(jié)目前正在臨床評估的小分子抑制劑的種類及其作用機(jī)制见秤、耐藥機(jī)制以及后續(xù)研究重點(diǎn)和方向。

2手形、提出PARP抑制劑對HR缺陷腫瘤的成功基礎(chǔ)李皇，及其他合成致死相互作用在臨床應(yīng)用中的優(yōu)越性和局限性撑碴。

近日由英國牛津大學(xué)腫瘤系的Groelly, F.J.教授在《nature reviews cancer》雜志上發(fā)表了名為“Targeting DNA damage response pathways in cancer”的回顧文章允懂。在這篇綜述中空骚，作者描述了主要的DNA損傷檢查點(diǎn)和修復(fù)途徑，并介紹和總結(jié)了目前正在臨床評估的小分子抑制劑及其機(jī)制驶忌。此外矛辕，作者還強(qiáng)調(diào)了DDR抑制劑出現(xiàn)耐藥性的機(jī)制，以及如何通過靶向這些耐藥性腫瘤背后的分子途徑來克服耐藥的發(fā)生位岔。

DNA是一種相對穩(wěn)定的有機(jī)分子如筛，但仍然會受到來自各種內(nèi)外源性損傷的不斷攻擊。因此抒抬，細(xì)胞進(jìn)化出了一個(gè)復(fù)雜的生化途徑系統(tǒng)來處理這種威脅杨刨，統(tǒng)稱為“DNA損傷反應(yīng)”（DDR），以防止有害的突變被繼續(xù)傳遞擦剑。

在涉及DNA代謝反應(yīng)（復(fù)制和修復(fù)）的過程中妖胀，DDR協(xié)調(diào)DNA修復(fù)與細(xì)胞周期檢查點(diǎn)激活及其他整體細(xì)胞反應(yīng)。編碼DDR的基因在癌癥中經(jīng)常發(fā)生突變惠勒，導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定赚抡，這是許多腫瘤的內(nèi)在特征，也是其生長纠屋、轉(zhuǎn)移和衡量DNA損傷治療（如放療）反應(yīng)能力的基礎(chǔ)涂臣。在早期的研究中就發(fā)現(xiàn)，靶向DDR治療可能是抑制腫瘤細(xì)胞生長的一種可行策略售担，而這種治療方法面臨的最主要的挑戰(zhàn)來自于如何只針對腫瘤中的DDR赁遗，而不影響正常組織。

目前研究者在識別促進(jìn)腫瘤生長的特定基因改變族铆，同時(shí)使腫瘤在這種特定遺傳背景下接受選擇性毒性的DDR靶向治療方面已經(jīng)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展岩四。腫瘤中BRCA1/BRCA2突變與PARP抑制劑之間的合成致死作用的良好特征范式說明了這一概念。應(yīng)用同樣的原理哥攘，多項(xiàng)研究已經(jīng)確定了在癌癥中突變的其他DDR基因之間的合成致死作用剖煌，從而為對抗攜帶這些突變的腫瘤提供了潛在的藥物靶點(diǎn)。

DNA損傷反應(yīng)（DDR）

DNA損傷激活了一個(gè)由檢查點(diǎn)激酶介導(dǎo)的信號級聯(lián)反應(yīng)

DDR始于識別病變和參與?DNA修復(fù)途徑逝淹。根據(jù)基因毒性應(yīng)激的類型和復(fù)雜性耕姊，細(xì)胞信號級聯(lián)可能會被啟動(dòng)，從而改變周圍的染色質(zhì)栅葡，激活細(xì)胞周期檢查點(diǎn)茉兰，并通過改變轉(zhuǎn)錄或翻譯來改變基因表達(dá)。如果病變不能迅速修復(fù)妥畏，持續(xù)的DDR信號也可以改變細(xì)胞的命運(yùn)邦邦，如促進(jìn)分化、衰老或程序性細(xì)胞死亡醉蚁。因此燃辖，DDR保持了基因組的穩(wěn)定性。

細(xì)胞周期依賴性的DDR激活：在G1期間网棍，ATM促進(jìn)RNF168的激活黔龟，該組蛋白泛素化組蛋白H2A。這種修飾加上組蛋白H4 Lys20二甲基化標(biāo)記導(dǎo)致53BP1的招募和ATM介導(dǎo)的53BP1磷酸化滥玷，促進(jìn)53BP1與RIF1以及REV7和其他屏蔽素復(fù)合物（SHLD）成員的相互作用氏身。ATM激酶的活性也控制p53的穩(wěn)定性，從而在DNA損傷時(shí)觸發(fā)G1阻滯惑畴。在S期蛋欣，BRCA1-BARD1復(fù)合物被招募到DSB中，通過識別未甲基化的H4 Lys20和H2A Lys15泛素化來抵消53BP1如贷，從而促進(jìn)DNA末端切除陷虎，并將RAD51加載到切除的DNA末端。在有絲分裂中杠袱，ATM依賴的H2AX磷酸化招募了DNA損傷檢查點(diǎn)蛋白1（MDC1）的中介物尚猿，MDC1通過其酪蛋白激酶2（CK2）介導(dǎo)的磷酸化與TOPBP1和PP2A細(xì)胞抑制劑（CIP2A）結(jié)合。TOPBP1和CIP2A形成絲狀結(jié)構(gòu)楣富，將兩個(gè)DSB末端連接在一起（未顯示）凿掂。

多種DNA修復(fù)途徑處理不同的DNA損傷類型

DNA修復(fù)通路主要包括核苷酸切除修復(fù)、堿基切除修復(fù)纹蝴、錯(cuò)配修復(fù)庄萎、同源重組以及非同源末端鏈接等。在人類細(xì)胞中有兩種主要的DSB修復(fù)途徑骗灶，第一個(gè)是非同源端連接（NHEJ）途徑惨恭，它修復(fù)了絕大多數(shù)的雙端DSB。同源重組（HR）通路使用同源DNA分子（通常是姐妹染色單體）作為 修復(fù)的模板耙旦。當(dāng)核酸酶消化DSB位點(diǎn)的雙鏈DNA末端產(chǎn)生ssDNA懸垂時(shí)脱羡，HR就啟動(dòng)，這個(gè)過程被稱為“DNA末端切除”免都。相比之下锉罐，如果DNA復(fù)制叉在S期分解形成單端DSB，NHEJ需要通過重新連接不同染色體上的DNA末端來產(chǎn)生染色體重排而導(dǎo)致錯(cuò)誤绕娘，因此脓规，NHEJ就會被HR所抑制。

DSB修復(fù)的主要路徑和備份路徑：DNA雙鏈斷裂（DSB）修復(fù)途徑的選擇取決于細(xì)胞周期階段和DNA末端切除的程度险领。大多數(shù)DSB是通過非同源端連接（NHEJ）修復(fù)的侨舆，由Ku70-Ku80異源二聚體與DNA末端結(jié)合而啟動(dòng)秒紧。同源重組（HR）需要同源基因的協(xié)同作用，BRCA1挨下、PALB2和BRCA2將RAD51加載到單鏈DNA上熔恢，取代RPA。RAD51核蛋白絲促進(jìn)侵入姐妹染色單體（粉紅色）臭笆，作為DNA合成的模板叙淌。

臨床靶向DDR激酶治療

ATM抑制劑

ATM是調(diào)節(jié)DSB修復(fù)的頂端DDR激酶。在機(jī)制上愁铺，PARP和拓?fù)洚悩?gòu)酶1抑制劑導(dǎo)致單端DSB鹰霍，這需要HR來進(jìn)行準(zhǔn)確的修復(fù)。ATM信號的缺失延遲了末端切除茵乱，并通過NHEJ修復(fù)單端DSB茂洒，從而導(dǎo)致異常的染色體融合，進(jìn)一步導(dǎo)致腫瘤細(xì)胞的死亡瓶竭。同樣值得注意的是获黔，生殖系雜合子ATM突變易導(dǎo)致血液系統(tǒng)惡性腫瘤和其他癌癥類型。由于長期暴露于ATM抑制劑可能導(dǎo)致多種組織中的新生腫瘤形成在验。因此玷氏，應(yīng)該仔細(xì)考慮，確保ATM抑制的治療益處超過治療風(fēng)險(xiǎn)腋舌。

DNA-PKcs抑制劑

DNA-PKcs是DNA-PK的催化亞基盏触，在整個(gè)細(xì)胞周期中，對NHEJ修復(fù)DSB的過程至關(guān)重要块饺。而缺乏DNA PKcs的細(xì)胞對DSB誘導(dǎo)劑很敏感赞辩，用DNA-PKcs抑制劑治療重現(xiàn)了這種效果。DNA-PKcs抑制聯(lián)合放射治療被證實(shí)是一種很有吸引力的抗癌策略授艰。ATM和DNA-PKcs伴隨缺失是合成致命的辨嗽，因此，DNA-PKcs抑制劑也可能對存在ATM突變的腫瘤有效淮腾。

ATR抑制劑

在細(xì)胞S期糟需，激酶ATR通過調(diào)節(jié)起始點(diǎn)火和分叉進(jìn)程來確保及時(shí)和準(zhǔn)確的DNA復(fù)制。ATR抑制劑增加復(fù)制叉停滯谷朝，促進(jìn)染色體斷裂洲押，導(dǎo)致細(xì)胞毒性。由編碼細(xì)胞周期蛋白的致癌基因E1的過表達(dá)引起復(fù)制應(yīng)激的癌細(xì)胞對ATR抑制劑特別敏感圆凰。ATR抑制劑最有前途的臨床應(yīng)用之一是治療PARP抑制劑耐藥腫瘤的潛力杈帐。BRCA1突變的癌細(xì)胞可以通過在DSB上裝載BRCA1獨(dú)立的RAD51來克服PARP抑制劑的毒性，導(dǎo)致耐藥的發(fā)生。在體外挑童，ATR抑制劑阻斷這種BRCA1獨(dú)立的功能累铅，使腫瘤細(xì)胞對PARP抑制重新恢復(fù)敏感。

CHK1抑制劑

作為ATR的下游靶點(diǎn)站叼，激酶CHK1也同樣被DNA復(fù)制缺陷激活争群。CHK1抑制劑選擇性地殺死具有高水平復(fù)制應(yīng)激的癌細(xì)胞。CHK1抑制劑被證明可以增強(qiáng)DNA損傷藥物如吉西他濱大年、順鉑在p53缺失癌細(xì)胞中的細(xì)胞毒作用。與ATR抑制劑類似玉雾，CHK1抑制劑加劇了PARP抑制引起的DNA損傷翔试。此外，CHK1抑制劑prexasertib激活I(lǐng)型干擾素信號复旬，并與抗pd-1免疫治療聯(lián)合垦缅，在小細(xì)胞肺癌小鼠模型中產(chǎn)生了協(xié)同抗腫瘤反應(yīng)。

WEE1和PKMYT1抑制劑

酪氨酸激酶WEE1負(fù)責(zé)CDK1的抑制性磷酸化驹碍，從而阻止細(xì)胞進(jìn)入有絲分裂壁涎。S期CDK1的激活也會導(dǎo)致復(fù)制叉停止以及DNA損傷的毒性積累。最近志秃，在CRISPR-Cas9篩選中發(fā)現(xiàn)了WEE1樣激酶PKMYT1怔球。在過表達(dá)細(xì)胞周期蛋白E的癌細(xì)胞中，使用RP-6306或PKMYT1抑制劑可觸發(fā)計(jì)劃外的CDK1激活浮还，該抑制劑單獨(dú)或與吉西他濱聯(lián)合使用在異種移植物或PDX模型中顯示出強(qiáng)大的體內(nèi)抗腫瘤活性竟坛。

新興的療法和新的靶點(diǎn)選擇

POLQ抑制劑針對HR缺乏的腫瘤

POLQ在替代端連接途徑中通過內(nèi)部微同源物修復(fù)切除的DNA末端。POLQ包含一個(gè)類似解旋酶的ATP酶結(jié)構(gòu)域钧舌，需要從切除的ssDNA末端取代RPA担汤，并解開同源序列。在它們的對齊和退火后洼冻，POLQ的聚合酶活性填補(bǔ)了空白崭歧。POLQ抑制劑在體外的一系列不同的腫瘤細(xì)胞系中表現(xiàn)出放射增敏作用，這反映了其在DNA修復(fù)中的關(guān)鍵作用撞牢。POLQ與DNA修復(fù)基因率碾，包括BRCA1、BRCA2和ATM的合成致死相互作用屋彪，表明POLQ是一個(gè)有前途的腫瘤的有前途的靶點(diǎn)播掷。

USP1抑制劑針對BRCA1/2缺失的癌癥

PCNA泛素化是通過轉(zhuǎn)錄、合成撼班、復(fù)制后DNA修復(fù)所必需的修飾歧匈。而去泛素化酶USP1是通過逆轉(zhuǎn)增殖細(xì)胞核抗原（PCNA）泛素化來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)錄、合成的負(fù)調(diào)控因子砰嘁。USP1失活時(shí)單倍化PCNA的持續(xù)存在使復(fù)制叉不穩(wěn)定件炉，從而依賴于BRCA1勘究。因此，在癌細(xì)胞中斟冕，USP1失活與BRCA1缺失是合成致死作用口糕。在三陰性乳腺癌的PDX模型中，無論BRCA1/2狀態(tài)如何磕蛇，它與PARP抑制劑的聯(lián)合使用都導(dǎo)致了抗腫瘤反應(yīng)的延長景描。

RAD51抑制劑

RAD51是HR通路修復(fù)DSB的中心酶，對細(xì)胞存活至關(guān)重要秀撇。RAD51在切除的DSB上形成的ssDNA上組裝核蛋白絲超棺，從而催化鏈入侵到同源DNA模板中，以啟動(dòng)HR修復(fù)呵燕。BRCA2是RAD51在DSB位點(diǎn)上的裝載器棠绘，RAD51的去除與PARP抑制形成合成致死作用。

靶向于微衛(wèi)星不穩(wěn)定性癌癥中的解旋酶WRN

微衛(wèi)星不穩(wěn)定性（MSI）是MMR缺陷（例如MLH1再扭、MSH2氧苍、MSH3或MSH6基因突變）癌癥的常見標(biāo)志，常見于胃癌泛范、子宮癌和結(jié)直腸癌让虐。解旋酶WRN是MSI細(xì)胞中的一個(gè)合成致死靶點(diǎn) ，特別是在遺傳性非息肉病性結(jié)腸癌中罢荡。然而澄干，MMR基因失活不足以解釋觀察到的合成-致死相互作用。相反柠傍，長期的MMR缺陷會導(dǎo)致大的TA二核苷酸重復(fù)序列的積累麸俘，形成非B-DNA二級結(jié)構(gòu)。在沒有WRN的情況下惧笛，SLX4-MUS81內(nèi)切酶復(fù)合物切割非B-DNA二級結(jié)構(gòu)从媚，并導(dǎo)致染色體碎裂和細(xì)胞凋亡。因此患整，抑制WRN解旋酶活性可能是一種治療MSI陽性癌癥的有效治療方法拜效。

作者總結(jié)道：多種靶向DDR通路的新化合物最近已經(jīng)被開發(fā)出來，然而重要的是各谚，要認(rèn)識到這種經(jīng)驗(yàn)性的方法可能不適用于復(fù)雜的疾病紧憾，如癌癥。因此昌渤，必須將研究工作集中在發(fā)現(xiàn)藥物開發(fā)的新靶點(diǎn)上赴穗，以及通過優(yōu)越的組合或確定可最大限度地減少副作用及提高臨床療效的有效藥物組合來優(yōu)化現(xiàn)有的藥物。

教授介紹

Florian J. Groelly教授，現(xiàn)就職于英國牛津大學(xué)腫瘤系腫瘤學(xué)放射腫瘤研究所般眉，基因組穩(wěn)定性和腫瘤發(fā)生組了赵。致力于研究基因工程在腫瘤領(lǐng)域的應(yīng)用。在分子靶向等方面做出了突出成績甸赃。

參考文獻(xiàn)

Groelly, F.J., Fawkes, M., Dagg, R.A.et al.Targeting DNA damage response pathways in cancer.Nat Rev Cancer(2022). https://doi.org/10.1038/s41568-022-00535-5