Nature | 组蛋白的释放与回收：破解PARP抑制剂耐药背后的组蛋白周转机制

摘要：聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1（PARP1）是细胞中最主要的PARP家族成员，作为DNA损伤传感器，可识别DNA单链或双链断裂并迅速激活。PARP1通过自我及底物蛋白（如组蛋白）的PAR化（PARylation）促进局部染色质去凝聚，从而为DNA修复因子创造结合平台

撰文 | 阿童木

聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1（PARP1）是细胞中最主要的PARP家族成员，作为DNA损伤传感器，可识别DNA单链或双链断裂并迅速激活。PARP1通过自我及底物蛋白（如组蛋白）的PAR化（PARylation）促进局部染色质去凝聚，从而为DNA修复因子创造结合平台【1】。

在肿瘤治疗中，PARP抑制剂（PARPi）的出现被认为是“合成致死”策略的重要临床突破。尤其在同源重组缺陷（HRD）的肿瘤中，如BRCA1或BRCA2胚系突变病例，PARPi通过“双重效应”发挥作用：既抑制PARP的催化活性，又在DNA损伤位点“捕获”PARP1，形成稳定的蛋白–DNA加合物，阻滞复制叉并诱导双链断裂（DSB）【2,3】。由于HRD细胞无法有效修复这些损伤，从而发生选择性死亡。

临床试验显示，PARPi可显著延长患者的无进展生存期（PFS），但总生存（OS）改善有限。这主要源于BRCA突变肿瘤的基因组不稳定性很高，使其极易产生耐药【4】。目前已知的耐药机制包括：同源重组修复的恢复、药物靶点的改变以及复制叉稳定性的增强。然而，PARPi对染色质稳态的直接影响尚不清楚，相关机制的解析对于理解和克服耐药至关重要。

近日，荷兰癌症研究所 Jos Jonkers 和 Abdelghani Mazouzi 实验室等合作在

Nature杂志发表了题为NASP modulates histone turnover to drive PARP inhibitor resistance的研究文章，揭示了PARPi在癌细胞中诱导染色质组蛋白释放（eviction）的现象。研究发现，组蛋白伴侣NASP通过其TPR结构域稳定释放的H3-H4组蛋白，维持癌细胞在高复制压力下的存活。缺失NASP则导致细胞对PARPi高度敏感，复制叉停滞，DNA损伤积累。进一步机制分析表明，NASP与INO80染色质重塑复合物以及PARP1的伴侣功能协同，确保组蛋白周转，从而防止致命性DNA损伤。这一发现为克服PARPi耐药提供了新的潜在治疗靶点。

研究团队利用BRCA1缺陷和BRCA1-53BP1双敲除（ΔBRCA1Δ53BP1）的HAP1细胞模拟PARPi耐药模型。结果显示，临床用药奥拉帕尼处理并未显著改变整体染色质三维构象，却导致核心组蛋白（H2A、H2B、H3、H4）从染色质释放至可溶性部分，伴随染色质区组蛋白水平下降。这些释放的组蛋白带有核小体修饰，表明来源于染色质而非新合成。组蛋白释放与DNA损伤信号γH2AX紧密相关，且独立于BRCA1状态，只在癌细胞而不在非转化细胞中观察到。翻译抑制实验进一步排除了新合成组蛋白的干扰。因此， PARPi诱导的组蛋白周转变化可能是癌细胞耐药的重要基础。

通过全基因组插入突变筛选，研究鉴定出多个维持PARPi处理后细胞存活的重要基因，包括已知DNA修复因子RNF168、HELQ，以及H3-H4组蛋白伴侣DNAJC9与NASP。DNAJC9缺失在基础和药物处理下均严重影响细胞活力，而NASP缺失则主要在PARPi暴露后降低生存力，显示 NASP在染色质释放组蛋白的稳定过程中发挥独特作用。

进一步实验证实，NASP缺失抑制H3-H4在可溶性部分的积累，而外源性sNASP过表达可恢复此现象。NASP主要调控H3-H4的稳定，对H2A-H2B影响较小。缺乏NASP时，游离的H3.1迅速降解，且蛋白酶体抑制剂MG132可阻断这一过程，表明 NASP通过伴护（ chaperoned ）作用保护释放的H3-H4免于降解。结构功能研究显示， NASP的TPR结构域及其二聚体形成能力对组蛋白结合与稳定至关重要。

功能实验表明，NASP缺失使HAP1 ΔBRCA1Δ53BP1细胞及小鼠乳腺肿瘤模型KB1P-G3 Δ53BP1对PARPi高度敏感，与同源重组修复状态无关。体内实验发现，NASP缺失不影响肿瘤本身的生长速度，但显著增强奥拉帕尼疗效，使小鼠中位生存期延长3.5倍。临床样本分析显示， HRD及耐药肿瘤均维持较高的NASP表达水平，进一步证明NASP在耐药中的重要性。

机制研究发现，NASP缺失增加复制叉处的染色质开放性，降低DNA复制速率，导致S期DNA损伤积累、G2/M检查点停滞，并伴随细胞凋亡增加。外源过表达抗降解的H3.1变体（K4A、Y99A）能够部分缓解NASP缺失所致的PARPi敏感性，说明 NASP缺失导致组蛋白不稳定，阻碍染色质重建，引发基因组不稳定和细胞死亡。

NASP主要位于可溶性部分，提示组蛋白释放需其他因子参与。FACS筛选发现，INO80染色质重塑复合物成员（如UCHL5）与NASP协同作用，促进PARPi处理后的组蛋白释放。敲除UCHL5导致可溶性H3积累下降并增强PARPi敏感性，表明 INO80与NASP协同调控组蛋白的释放。

此外，研究发现PARP1本身也具有组蛋白伴侣功能。虽然PARP1敲除细胞对奥拉帕尼耐药，但NASP与PARP1双敲除导致DNA损伤急剧累积和复制受损。进一步实验显示，PARP1能够直接与游离H3结合，并在体外促进H3-H4折叠，这一功能独立于PARylation活性。由此可见， PARP1不仅是药物靶点，也可作为组蛋白伴侣在PARPi响应中调控H3-H4周转。

综上所述，本研究揭示了 NASP通过调控H3-H4组蛋白周转驱动PARPi耐药的全新机制：NASP稳定可溶性H3-H4，INO80促进核小体释放（eviction），PARP1则帮助组蛋白重新折叠并回归染色质。缺乏这一“组蛋白供给链”的保护，癌细胞在PARPi压力下无法维持复制，DNA损伤积累并走向死亡。这一发现强调了组蛋白周转在肿瘤存活与耐药中的核心地位，提示靶向NASP或INO80复合物，或干扰PARP1的伴侣功能，可能成为克服PARPi耐药的全新策略。

制版人：十一

参考文献

1. Ray Chaudhuri, A. & Nussenzweig, A. The multifaceted roles of PARP1 in DNA repair and chromatin remodelling.Nat. Rev. Mol. Cell Biol.18, 610–621 (2017).

2. Lord, C. J. & Ashworth, A. PARP inhibitors: synthetic lethality in the clinic.Science355, 1152–1158 (2017).

3. Murai, J. et al. Trapping of PARP1 and PARP2 by clinical PARP inhibitors.Cancer Res.72, 5588–5599 (2012).

4. Dias, M. P., Moser, S. C., Ganesan, S. & Jonkers, J. Understanding and overcoming resistance to PARP inhibitors in cancer therapy.Nat. Rev. Clin. Oncol.18, 773–791 (2021).

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