端粒稳定性研究发现DNA修复新皱纹可为抗癌研究提供信息

匹兹堡大学(Pitt)和UPMCHillman癌症中心的研究人员领导的一项新研究表明，一种名为PARP1的酶参与端粒(保护染色体尖端的DNA长度)的修复，并且会损害这一过程可能导致端粒缩短和基因组不稳定，从而导致癌症。

PARP1公认的工作是基因组监视。当它感知到DNA断裂或损伤时，它会向特定蛋白质添加一种名为ADP-核糖的分子，该分子充当信标来招募其他蛋白质来修复断裂。新发现首次证明PARP1也作用于端粒DNA，为理解和改进PARP1抑制癌症疗法开辟了新途径。

“没有人认为DNA上的ADP-核糖基化是可能的，但最近的发现挑战了这一教条，”匹兹堡大学分子药理学副教授兼UPMCHillman研究员RoderickO'Sullivan博士说。“PARP1是癌症研究最重要的生物医学靶点之一，但人们认为针对这种酶的药物仅作用于蛋白质。现在我们知道PARP1也会修饰DNA，它改变了游戏规则，因为我们有可能针对PARP1生物学的这一方面来改善癌症治疗。”

奥沙利文是该团队在《自然结构与分子生物学》上发表的报告的资深作者，该报告题为“DNAADP-核糖基化失调会损害端粒复制”。

在正常细胞中，作为细胞周期一部分的DNA复制过程中，基因组损伤自然发生，而PARP1在修复这些错误方面发挥着重要作用。“ADP-核糖基化(ADPr)是一种由ADP-核糖基转移酶(ART)催化的大分子修饰，称为PARP，在细胞生理学中发挥着至关重要的作用，但最相关的是通过DNA修复维护基因组稳定性，”作者解释道。

健康细胞还可以依靠其他DNA修复途径，但BRCA缺陷的癌症(包括许多乳腺癌和卵巢肿瘤)严重依赖PARP1，因为它们缺乏BRCA蛋白，而BRCA蛋白控制着最有效的DNA修复形式(称为同源复制)。

尽管科学家们大约60年前就发现了PARP1在蛋白质ADP核糖基化中的作用，但O'Sullivan和他的合作者、牛津大学威廉·邓恩爵士病理学院教授、世界著名的PARP1专家IvanAhel博士，预感关于这种酶及其在细胞中的作用还有更多需要了解。研究人员指出，“虽然长期以来ADPr一直被认为只是蛋白质的翻译后修饰，但最近有关核酸(包括DNA)ADP核糖基化的证据挑战了这种修饰的既定观点。”

奥沙利文和他的团队在皮特医学科学家培训项目中由AnneWondisford博士领导，首先将正常人类细胞与PARP1缺陷细胞进行了比较。使用与ADP核糖和端粒特异性探针结合的抗体，他们发现ADP核糖在正常细胞中附着在端粒DNA上，但在PARP1缺陷细胞中则不然，表明这种酶负责DNA的ADP核糖基化。

接下来，他们将正常细胞与缺乏另一种酶TARG1的细胞进行了比较，TARG1可以去除ADP-核糖。他们发现，在缺乏TARG1的情况下，ADP-核糖会在端粒处积累，导致端粒复制中断和端粒过早缩短。

为了证明这些端粒缺陷是由于端粒DNA的修饰造成的，O'Sullivan和他的团队将功能与PARP1类似的细菌酶放入人体细胞中。

奥沙利文说：“我们使用引导系统来引导酶仅在端粒处添加ADP-核糖，而在基因组中的其他地方不添加ADP-核糖。我们发现，如果我们将ADP-核糖装载到端粒上，它们的完整性就会显着受损，并且会在几天内杀死细胞。”作者进一步总结道，“……我们发现端粒DNA重复序列会受到PARP1介导的ADP核糖基化作用，而这种修饰可被ADPr水解酶TARG1逆转……必须破坏TARG1才能检测DNA-ADPr反映了这一点，就像蛋白质多聚体一样。-ADP-核糖基化，端粒DNA-ADPr具有高度动态性，并受到TARG1的严格控制。”

奥沙利文假设ADP-核糖通过破坏一种称为保护端粒的保护结构来影响端粒完整性，但需要更多的研究来证实这一点。“……我们的研究表明，端粒DNA-ADPr在功能上与滞后链端粒复制有着复杂的联系，并且由于TARG1缺陷而未能消除这种修饰会损害端粒复制，”该团队总结道。

“针对PARP1的癌症治疗取得了巨大成功，但一些患者对PARP1抑制剂产生了耐药性，”O'Sullivan补充道。“我对这项研究感到很兴奋，因为我们发现了一些关于PARP1生物学的新东西，这产生了一系列新问题，可以帮助我们开发针对PARP1的新方法或微调我们已有的疗法。我们正处于令人兴奋的事情的开始，还有很多东西需要探索。”