Nature | BRCA2通过防止PARP1的滞留以保护RAD51蛋白的稳定性

摘要：BRCA2基因突变是导致人类基因组不稳定性的重要因素【1】，与多种癌症风险增加相关BRCA2蛋白在DNA双链断裂（DSB）修复中扮演着核心角色【2-3】，通过与RAD51蛋白协同作用，促进同源重组修复（HDR）的进行【4】。HDR是一种精确的DNA修复机制，在

撰文 | 格格

BRCA2基因突变是导致人类基因组不稳定性的重要因素【1】，与多种癌症风险增加相关BRCA2蛋白在DNA双链断裂（DSB）修复中扮演着核心角色【2-3】，通过与RAD51蛋白协同作用，促进同源重组修复（HDR）的进行【4】。HDR是一种精确的DNA修复机制，在维持基因组稳定性和抵抗癌症方面至关重要。PARP抑制剂（PARPi）是一种针对BRCA突变和HDR缺陷肿瘤的靶向治疗策略。PARPi通过抑制PARP1蛋白，阻止其参与DSB修复，从而选择性地杀伤HDR缺陷的肿瘤细胞【5-6】。尽管BRCA2缺陷型肿瘤对PARPi治疗表现出高度敏感性，但其背后的分子机制尚不清楚。特别是，BRCA2缺陷如何影响PARPi对PARP1的抑制，以及这种抑制如何影响HDR修复效率，仍然是一个未解之谜。

近日，来自美国纽约大学格罗斯曼医学院生物化学和分子药理学系的Eli Rothenberg研究团队和耶鲁大学医学院治疗放射学系的Ryan B. Jensen研究团队合作在Nature杂志发表题为BRCA2 prevents PARPi-mediated PARP1 retention to protect RAD51 filaments的研究论文，该研究旨在阐明BRCA2缺陷如何影响PARPi治疗的效果，发现BRCA2蛋白通过稳定RAD51 蛋白丝和防止PARPi诱导的PARP1滞留，从而维持HDR修复效率并抵抗PARPi耐药性的关键作用。

研究人员首先通过生化重组和单分子荧光共振能量转移 (smFRET) 技术，研究了BRCA2 蛋白对RAD51蛋白丝动态性和配置的影响。结果显示，BRCA2蛋白能够显著降低RAD51蛋白丝的动态性和FRET状态分布，从而提高了RAD51蛋白丝的稳定性。BRCA2 促进了 RAD51蛋白丝的延伸，并引入了新的FRET状态，进一步增强了其稳定性。这些结果表明，BRCA2蛋白在HDR修复过程中发挥着重要的稳定RAD51蛋白丝的作用。

为了研究PARP1蛋白对RAD51蛋白丝稳定性的影响，研究人员通过smFRET和DNA单链交换实验，发现PARPi诱导的PARP1滞留会降低扩展RAD51蛋白丝状态的比例，并增加中间延伸状态的比例，导致RAD51蛋白丝的稳定性降低。此外，不同的PARPi化合物对 RAD51蛋白丝的破坏程度不同，这与它们诱导PARP1滞留的效率相关。与FBH1和RADX等直接解聚RAD51蛋白丝的蛋白质不同，PARP1滞留导致的破坏似乎是PARPi治疗的意外副作用。这些结果表明，PARPi治疗通过诱导PARP1滞留，间接破坏了RAD51蛋白丝的稳定性，从而影响了HDR修复的效率。

为了进一步研究BRCA2蛋白对PARP1滞留的影响，研究人员通过生物素标记DNA滞留和单分子共定位（smCL）实验发现，BRCA2能够防止PARPi诱导的PARP1在DNA上的滞留。这与BRCA2缺陷型细胞对PARPi治疗敏感的结果一致。此外，BRCA2与PARP1和 RAD51都没有直接的相互作用，而是通过防止PARP1在DNA上的滞留，间接保护了RAD51 蛋白丝的稳定性，表明BRCA2蛋白在HDR修复过程中发挥着重要的保护作用。这解释了为什么BRCA2缺陷型细胞对PARPi治疗敏感，因为它们缺乏BRCA2蛋白的保护作用。

最后，为了研究BRCA2蛋白在细胞内对PARP1滞留的影响，研究人员通过SMLM-STORM 和PLA实验发现，在BRCA2表达正常的细胞中，PARPi治疗不会导致PARP1在HDR修复位点上的滞留。在BRCA2缺陷型细胞中，PARPi治疗会导致PARP1在HDR修复位点上的滞留。通过敲低BRCA2或破坏BRCA2-RAD51之间的相互作用，可以模拟BRCA2缺陷型细胞对PARPi治疗的反应。这些实验结果表明BRCA2蛋白在细胞内也发挥着重要的保护作用，防止PARP1滞留干扰HDR修复。

图一 BRCA2抵抗PARPi肿瘤耐药的机制

总之，这项研究揭示了BRCA2蛋白通过稳定RAD51蛋白丝和防止PARPi诱导的PARP1滞留，从而维持HDR修复效率并抵抗PARPi耐药性的关键作用。BRCA2缺陷型肿瘤细胞对PARPi治疗更加敏感，因为它们缺乏BRCA2蛋白的保护作用。这些发现有助于我们更好地理解HDR修复机制，并为开发针对BRCA2-PARP1相互作用的癌症治疗方法提供了新的思路。

制版人：十一

参考文献

1. Wooster, R. et al. Identification of the breast-cancer susceptibility gene Brca2.Nature378, 789-792 (1995).

2. Tutt, A. & Ashworth, A. The relationship between the roles of BRCA genes in DNA repair and cancer predisposition.Trends Mol. Med.8, 571–576 (2002).

3. Nyberg, T. et al. Prostate cancer risks for male BRCA1 and BRCA2 mutation carriers: a prospective cohort study.Eur. Urol.77, 24–35 (2020).

4. Wong, A. K., Pero, R., Ormonde, P. A., Tavtigian, S. V. & Bartel, P. L. RAD51 interacts with the evolutionarily conserved BRC motifs in the human breast cancer susceptibility gene Brca2.J. Biol. Chem.272, 31941–31944 (1997).

5. Farmer, H. et al. Targeting the DNA repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy.Nature434, 917–921 (2005).

6. Bryant, H. E. et al. Specific killing of BRCA2-deficient tumours with inhibitors of poly(ADP-ribose) polymerase.Nature447, 346–346 (2007).

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