MAD2L2

本文为转化医学网原创，转载请注明出处 作者：Rainbow 导读： DNA损伤在疾病的肿瘤发生和进展中起着重要作用。DNA修复异常会影响癌症的治疗和预后。 5月27日，同济大学医学院袁健、李昀辉共同通讯在期刊《ADVANCED SCIENCE》上在线发表题为“USP25 Elevates SHLD2-Mediated DNA Double-Strand Break Repair and Regulates Chemoresponse in Cancer”的研究论文， 研究提出了一个机制模型，即USP25在K64位点用K63连接的多泛素链去泛素化和修饰SHLD2，从而促进NHEJ修复，从而降低癌细胞的化学敏感性。然后，研究人员开发了基于破坏USP25-SHLD2结合的策略的肽，并证明肽与化疗药物的组合提高了结肠癌细胞和PDX模型的杀伤效率，这意味着一种潜在的治疗策略，以提高化疗敏感性并实现更好的结果。 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202403485 研究背景 01 DNA损伤反应（DDR）系统对于维持基因组完整性和防止DNA损伤至关重要。DDR通路功能障碍导致基因组不稳定，这是肿瘤发生开始和进展的关键驱动力。 DNA 双链断裂（DSB）是最致命的病变，可引发一系列细胞DNA损伤反应。DSBs通过两种主要途径进行修复，即同源重组（HR）和非同源末端连接（NHEJ）。NHEJ通路修复增殖细胞中75%的DSB，并在整个细胞周期中发生。屏蔽DNA末端是启动DSB NHEJ修复的核心过程。最近的报道已将shieldin复合物确定为53BP1相关活性的新效应子，可促进NHEJ修复并限制DNA末端切除。shieldin复合物由C20orf196（SHLD1）、FAM35A（SHLD2）、CTC-534A2.2（SHLD3）和REV7组成，SHLD2是该复合体中的关键调节因子。SHLD2的N端与REV7结合，促进SHLD2募集到DSB。SHLD2的C末端与ssDNA末端结合，通过与EXO1和DNA2竞争来防止DNA末端的切除。SHLD2对于促进NHEJ和抗体类别开关重组（CSR）至关重要。SHLD2的高表达与乳腺癌患者的不良预后相关。然而，对控制SHLD2活性的调控机制知之甚少。 翻译后修饰（PTM）在调节蛋白质功能中起着至关重要的作用。NHEJ通路中关键调节因子的许多PTM已被证明与肿瘤发生和癌症治疗有关。具体来说，ATM对53BP1 N末端的S/T-Q位点进行磷酸化是DNA末端保护和免疫球蛋白类转换重组（CSR）所必需的，促进其与RIF1的相互作用，激活NHEJ修复和癌细胞存活。此外，RNF168对K1268的53BP1泛素化对NHEJ修复、维持基因组稳定性和放射敏感性至关重要。然而，调节SHLD2的PTM尚未得到广泛的表征。 研究发现 02 在这项研究中，证明去泛素化酶USP25促进非同源末端连接（NHEJ），从而促进癌症的化疗耐药性。结果表明，USP25在K64位点使SHLD2去泛素化，从而增强其与REV7的结合并促进NHEJ。此外，USP25缺陷会损害NHEJ介导的DNA修复并降低 USP25 缺陷小鼠的类别转换重组（CSR）。USP25在结肠癌的一个亚群中过表达。USP25的耗竭使结肠癌细胞对IR、5-Fu和顺铂敏感。TRIM25也被鉴定为一种E3连接酶，负责降解USP25 。TRIM25的下调导致USP25水平升高，进而诱导结肠癌细胞的化疗耐药性。最后，在PDX模型中，成功鉴定了一种破坏USP25-SHLD2相互作用的肽，损害了NHEJ并增加了对化疗的敏感性。 总体而言，这些发现揭示了USP25是SHLD2调节NHEJ修复途径的关键效应因子，并表明其作为癌症治疗靶点的潜力。 研究结论 03 综上所述， 研究提出了一个机制模型，即USP25在K64位点用K63连接的多泛素链去泛素化和修饰SHLD2，从而促进NHEJ修复，从而降低癌细胞的化学敏感性。然后，研究人员开发了基于破坏USP25-SHLD2结合的策略的肽，并证明肽与化疗药物的组合提高了结肠癌细胞和PDX模型的杀伤效率，这意味着一种潜在的治疗策略，以提高化疗敏感性并实现更好的结果。 参考资料： https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202403485 注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。 热门·直播/活动 🕓 上海｜06月14日-16日 ▶ 第六届上海国际癌症大会将于6月14-16日在上海举办，学科交叉，共同推进肿瘤研究与诊治多模态！ 🕓 北京｜09月20日-21日 ▶ 第五届单细胞技术应用研讨会暨空间组学前沿研讨会欢迎您的参与！ 点击对应文字 查看详情

今天和大家分享一篇关于分子胶（MGs）的最新综述文章，该文由Markella Konstantinidou等人撰写，2024年4月发表在《Cell Chemical Biology》。该文讨论了近十年（2014-2023）间，小分子调节蛋白质与蛋白质之间的相互作用（PPI）在药物发现中的进展。重点是分子胶（MGs）--通过稳定原生相互作用或诱导新变态相互作用，而诱导接近的单价小分子。作者的研究既包括偶然发现，也包括理性发现，并介绍了识别这些发现所采用的不同方法。描述了各种具有结构数据的示例，强调了分子识别和结合的要素，这些要素是 MG 作用机制的基础。分子胶分类将这些分子胶化合物分为三大类降解性MGs非降解性MGs 或 PPI 稳定剂诱导自结合的 MGs1. 引言分子胶（MGs）是指一种能在蛋白质-蛋白质相互作用（PPI）界面上协同结合的一价小分子。通常情况下，MGs对蛋白质配体的亲和力较低，结合后能增强或加强界面上的相互作用。MGs既可以结合原生PPIs，也可以结合非原生或新型PPIs。分子胶降解剂（MGDs）是MGs的一种，结合E3泛素连接酶（E3连接酶）。E3连接酶将泛素转移至底物蛋白质上，通常将该蛋白质标记为通过蛋白酶体降解。MGDs导致所感兴趣的原生或非原生蛋白质被E3泛素化，进而导致蛋白质通过蛋白酶体降解。活动时间：2024年5月20日——2024年5月26日2. 降解性MGs天然MGBs目前已发现几类天然产品可作为分子胶降解剂（MGDs）。这些早期实例表明，小分子具有诱导接近 E3 泛素连接酶并降解结合的能力。2001 年，Gray 等人发现植物激素 auxin 能促进转录抑制因子 AUX/IAA 的降解。2007 年，Tan 等人为植物生长素的作用机制提供了结构基础。晶体结构显示，AUX/IAA 和 TIR1（E3 连接酶复合物 SCFTIR1 的一部分）之间形成的微弱相互作用，通过与 AUX/IAA 结合位点下方的 TIR1 的β螺旋桨结构域结合而得到增强。2010 年，Sheard 等人发现植物激素茉莉酸甲酯也通过类似机制发挥作用，通过招募 E3 连接酶 SCFCOI1 来降解转录抑制因子 JAZ。2020 年，链霉菌衍生的甘露霉素多酮可作为共价 MGD 起作用，靶向推定 E3 连接酶 UBR7 的 Cys374，促进与新底物肿瘤抑制因子 TP53 的相互作用。合成MGBsCRL4-CRBN 2010年的研究首次描述了合成分子胶降解剂（MGDs）的作用机制，发现了CUL4-RBX1-DDB1-CRBN（CRL4CRBN）E3泛素连接酶的靶点。尽管沙利度胺及其衍生物（泊马度胺、来那度胺，IMiD、CELMoD）具有致畸作用，但它们被用于治疗多发性骨髓瘤等疾病。这些化合物可抑制内源性CRL4CRBN底物的泛素化，同时对连接酶进行重编程以靶向新蛋白质进行降解。IMiDs具有不同的降解特性，并能招募不同的新底物导致降解，如酪蛋白激酶1A1和翻译终止因子GSPT1。新型CRBN调节剂的合理优化导致了新一代IMiDs/CELMoDs的诞生，IMiD/CELMoD化合物通过调节CRBN的构象来影响其功能，具有更高的降解效力和选择性，这为进一步合理设计具有改进新底物选择性和有效性的MGD提供了新的思路。RBM39（招募 CRL4-DCAF15）在IMiDs/CELMoDs之后，第二种被发现的可将新底物招募到E3连接酶的MG类别是剪接抑制剂磺胺类化合物（SPLAMS: indisulam、tasisulam、E7820 [NSC 719239] 和氯喹喹啉磺胺 [CQS 或 NSC 339004]）（图1B）。2017年报道了SPLAMS促进RNA结合结构蛋白39（RBM39）被E3泛素连接酶CUL4-RBX1-DDB1-DCAF15（CRL4DCAF15）招募，从而导致RBM39的多泛素化和蛋白酶体降解。对于DCAF15-DDB1-DDA1复合物，在RBM39存在的情况下，结合亲和力增强了100多倍。芳基磺胺类化合物具有协同结合的作用，促进了DCAF15与RBM39的RNA识别结构域的结合，并通过在DCAF15表面的一个浅的、非保守性的空腔上的功能化形成了稳定的三元复合物（图1B）。2020年报道了一个新型磺胺化合物，dCeMM1，可重新调节CRL4DCAF15连接酶，选择性地降解了RBM39，保留了RBM23。cyclin KCR8 通过诱导 CDK12/cyclin K 和 DDB1 之间形成复合物来充当 MGD。CR8 将DDB1+CDK12相互作用增强了 500 至 1,000 倍 。CR8 结构上占据了 CDK12 的 ATP 结合位点，桥接了 CDK12-DDB1 界面并与 DDB1 的一个 β 螺旋桨结构域形成离散接触（图 2A）。CR8的关键结构特征是疏水性苯基吡啶环体系，溶剂暴露在激酶表面，通过与Arg928（DDB1）相互作用诱导与连接酶衔接子DDB1形成络合物。细胞周期蛋白 K 结合在 CDK12 的另一面，不直接与 DDB1 相互作用。因此CR8是一种选择性的cyclin K降解剂。dCeMM1和HQ461这两种化合物，也能够诱导CDK12/cyclin K与DDB1形成复合物，从而降解cyclin K。这些研究揭示了降解剂的结构多样性，但它们的作用机制相似，都是通过促使特定蛋白质与泛素连接酶形成复合物，从而导致蛋白质的降解。β-catenin降解剂2019 年，Simonetta 等人描述了可恢复致癌转录因子 β-catenin 与其同源 E3 连接酶 SCFβ-TrCP 之间原生 PPI 的 MGs 的鉴定和合理设计 。通过荧光偏振结合测定，筛选出了一系列化合物，其中包括NRX-1532，能够选择性地恢复突变型β-catenin的降解，而不影响正常组织中的野生型β-catenin的功能。3. 非降解型 MGs/PPI 稳定剂天然产品天然产物，如雷帕霉素、FK506和环孢霉素A，能够稳定蛋白质相互作用，但不引起任一蛋白质的降解。这些天然产物与蛋白质伙伴形成三元复合物，抑制了特定的生物过程，如免疫反应。它们的作用机制是通过与两个蛋白质形成广泛的相互作用，并在相互作用表面积中贡献了25%–50%。合成 PPI 稳定剂14-3-3富诺卡定-A（FC-A）和cotylenin-A稳定蛋白14-3-3与其客体之间的天然PPI。14-3-3蛋白拥有一个非常广泛的相互作用网络，包括肿瘤促进因子、肿瘤抑制因子和转录因子。MGs通过调节14-3-3与其客体的结合来影响多种生物学效应，如转录因子的细胞核与细胞质之间的穿梭、MAP激酶信号通路的调节等。通过稳定14-3-3与其客体之间的天然相互作用，这些MGs为开发治疗乳腺癌等疾病的新策略提供了潜在途径。尽管天然产物稳定剂的复杂性限制了它们的临床应用，但通过不同的方法，如虚拟筛选、高通量筛选和基于片段的方法，已经开始寻找更具选择性和更有效的14-3-3稳定剂。曲美替尼：MEK/KSR PPI稳定剂Trametinib是一种FDA批准的MEK抑制剂，它被发现可以作为MG稳定MEK与其调节蛋白KSR之间的PPI。据报道，MEK 抑制剂曲美替尼与原生 PPI 发生了意想不到的 MG 型相互作用。2020 年，Khan 等人解析了 MEK 在 MEK 抑制剂作用下与伪激酶 KSR（RAS 激酶抑制剂）结合的晶体结构。LSN3160440：GLP-1R/GLP-1 PPI 的稳定剂2020 年，Bueno 等人报道了 LSN3160440 的发现，这是一种 MG，通过与受体（GLP-1R）和正表配体 [GLP-1-(9-36)] 84 结合，稳定 G 蛋白偶联受体的活性状态构象。GLP-1-(9-36) 是原生配体 GLP-1(7-36)的代谢产物，虽然功能上无活性，但与 GLP-1R 的亲和力较弱。使用冷冻电镜测定了与 LSN3160440 结合的 GLP-1R 与全长 GLP-1、异三聚体 Gs 和抗体 Nb35 的复合物（图 3D）。LSN3160440 是 PPI 稳定剂影响细胞表面信号转导的首个实例。4.诱导自结合的 MGs与天然 PPI 稳定剂相比，有许多诱导自缔合的化合物的例子，包括靶蛋白的同源或异源二聚化、寡聚化或聚合。转甲状腺素蛋白淀粉样蛋白形成的限速步骤是四聚体解离为单体；通过使用afamidis动态稳定四聚体，成功减缓了解离速率，可有效抑制了淀粉样蛋白的聚集，治疗转甲状腺素家族性淀粉样多发性神经病患者BCL6 降解剂化合物（BI-3802）可迅速诱导了BCL6的泛素化和降解，导致对BCL6抑制的基因表达的增强，以及显著的抗增殖效果（图4A）。BI-3802的冷冻电镜结构揭示了该化合物在BCL6-BTB结构域中引发了BCL6的高级别装配成丝状结构。这种装配导致了BCL6的增强泛素化，并在结构上显示了与BTB结构域同源二聚体的直接相互作用。此外，报道了一系列苯并咪唑酮类BCL6与其共抑制剂之间的PPI抑制剂，其中CCT369260作为一种降解剂在淋巴瘤模型中显示出生物活性。PD-L1BMS-8和BMS-202等化合物最初被设计为PD-1/PD-L1蛋白质相互作用抑制剂。它们实际上通过诱导PD-L1形成三聚体复合物来发挥作用。这些化合物通过与PD-L1的相互作用，阻断了PD-L1的糖基化，并导致PD-L1在内质网中的快速降解，从而减少了其在细胞表面的表达。相比之下，另一种化合物17则通过诱导PD-L1的内吞和溶酶体依赖性降解来减少PD-L1在细胞表面的表达。JH-RE-06 二聚化 REV1    JH-RE-06化合物通过诱导REV1的二聚体化，从而破坏REV1-REV7蛋白质间的相互作用，专注于通过靶向REV1 C端域（CTD）和POL ζ的REV7亚基上的一个浅口袋来抑制REV1-POL ζ相互作用。JH-RE-06成功抑制了REV1-REV7相互作用，通过诱导REV1 CTD的二聚体化，阻止了其与REV7和POL ζ的结合。该化合物使肿瘤对顺铂更敏感，并在体外减少了突变。这一研究揭示了小分子可以靶向动态蛋白质界面，并成功干预其功能。NVS-STG2寡聚化STING2023年，Li等人报道了一种名为NVS-STG2的MG样化合物，通过诱导STING（干扰素基因激活剂）的高阶寡聚化来激活人类STING。该研究通过对THP1-dual细胞进行表型筛选，发现NVS-STG2能够诱导STING的高阶寡聚化。NVS-STG2与cGAMP和C53（一种能够结合到STING TMD口袋的化合物）一起使用时，能够增强STING的激活，并形成更大的寡聚体。这项研究揭示了NVS-STG2作为MG的作用机制，为开发STING激活剂提供了重要基础。MERS-CoV 异常二聚化MERS-CoV核衣壳蛋白（N-NTD）的N端结构域的结晶具有一个异常的二聚体界面，在蛋白质表达过程中存在的两个非内源性 N 端载体融合残基（His37 和 Met38）促进了二聚化。残基Trp43对于疏水口袋的形成至关重要，介导了二聚化。针对残基Trp43进行了基于结构的虚拟筛选。发现5-苯氧基胍胺（P3）通过荧光热稳定性实验能够稳定野生型MERS-CoV N-NTD。ISRIB 作为 "molecular staple "稳定了 eIF2B 全酶的活性十聚体形式在真核细胞中，整合性应激反应（ISR）是一种感知和应对各种压力的机制，通过重新编程翻译和控制蛋白质稳态来提供细胞的保护和适应。ISR的调节依赖于eIF2的磷酸化，其通过抑制eIF2B的活性来抑制翻译起始。而ISRIB则被发现可以通过激活eIF2B来抵消eIF2的抑制作用，从而促进全局蛋白质合成。ISRIB的作用靶点是eIF2B，它通过在eIF2B十聚体的中心对称界面处结合，稳定了eIF2B的活性形式。这一发现为ISRIB的作用机制提供了分子层面的解释，显示了其作为一种“分子钉”的作用方式。5. MGsBRD4 抑制剂和 MGsMGDs 是目前在临床试验中进行评估的主要类型。这主要包括靶向 CRBN 的 MGD 和靶向 DCAF15 的 E7820。MGD 可以稳定 "原生 PPI "和 "新变态 PPI "之间的连续体。与典型的 PROTAC 作用机制不同，IBG1 通过分子内结合 BRD4 上的两个相邻结构域（BD1 和 BD2）并诱导构象变化来降解 BRD4，该构象变化被 E3 连接酶 DCAF16 而非 DCAF15 识别。现有多家生物技术公司都在积极探索靶向降解的新机制和新策略，而且已经有这方面的实例发表。例如，最近有报道称 PI3K 抑制剂 inavolisib/GDC-0077 可作为突变 PI3Kα 的降解剂。从著名的 BET 抑制剂 JQ1（图 6A）的结构出发，最近有人描述了开发 BRD4 降解剂的方法。据报道，化合物 MMH2 与 DCAF16 和 BRD4BD2 的三元复合物的冷冻电镜结果支持了 DCAF16 和 BRD4 之间预先存在结构互补性的概念（图 6B）。IBG1 结合在 DCAF16/BD1/BD2 的界面上，其 JQ1 部分位于 BD2 袋中，E7820 部分位于 BD1 袋中（图 6C）。总结虽然作者在这篇综述中主要关注的是单价 MGs，但其最新研究描述了一种介于单价胶和二价降解剂之间灰色地带的 "新模式"。对于所有类型的 MGs，作者预计化学生物学方法将进一步阐明 E3 连接酶的分子识别、形状互补性、合作性、潜在动力学和脱粒等方面的问题。最终，预计人们将能够根据蛋白质+分子胶的复合表面来预测所形成的三元复合物。期望在未来10年内看到分子胶（MGs）领域取得显著进展。声明：发表/转载本文仅仅是出于传播信息的需要，并不意味着代表本公众号观点或证实其内容的真实性。据此内容作出的任何判断，后果自负。若有侵权，告知必删！长按关注本公众号   粉丝群/投稿/授权/广告等请联系公众号助手 觉得本文好看，请点这里↓

1DNA双链断裂（DSB）修复途径合成致死性是诱导细胞死亡的生物过程，其基于同时抑制在细胞存活所需的过程中的两种途径并行作用，仅抑制一种途径会导致细胞存活。合成致死策略已在抗癌治疗中得到广泛应用。由于一种途径可能由于转化相关变化而在癌细胞中失活，因此靶向另一种途径触发细胞死亡，同时保留健康细胞1。癌细胞的关键特征之一是由DNA损伤的积累，包括DNA双链断裂（DSB），这是细胞中最致命的DNA损伤之一。然而，癌细胞能够通过调节其DNA修复途径存活和增殖，这可能与正常细胞中的DNA修复途径不同1。DSB可以通过两种主要机制进行修复：BRCA1/2介导的同源重组（HR）和典型 DNA-PKcs介导的非同源末端连接（c-NHEJ）（图1）1。HR被认为是一种准确的DSB修复途径，因为它依赖于细胞周期S/G2期细胞的姐妹染色单体作为DNA合成和DSB修复的模板。因此，HR能够修复DSB，主要在增殖细胞中1。HR修复途径由两个经典的肿瘤抑制基因BRCA1和BRCA2编码的蛋白质进行全面调节，然后募集RAD51及其旁系同源物（包括RAD51B，RAD51C，RAD51D，XRCC2和XRCC3）和RAD54以识别同源DNA模板并进行链侵袭以修复DSBs。另一方面，NHEJ是一种容易出错的DSB修复机制。NHEJ可以是分为c-NHEJ和a-NHEJ（也称为MMEJ或TMEJ）两种途径1。图1. DNA双链断裂（DSB）修复途径包括同源重组（HR），规范非同源末端连接（c-NHEJ）和替代非同源末端连接（a-NHEJ）/微同源介导的末端连接（MMEJ）/DNA聚合酶θ（Polθ）介导的末端连接（TMEJ）2PARPi在造血恶性肿瘤中的治疗潜力最近的很多研究表明，即使在白血病中很少检测到BRCA1/2突变，PARP抑制剂（PARPi）诱导的合成致死性也可以有效地在 BRCA1/2 缺陷造血恶性细胞中起作用。此外，诱导造血恶性肿瘤的遗传改变，例如驱动骨髓和淋巴恶性肿瘤的癌基因，包括 AML1-ETO（也称为 RUNX1-RUNX1T1）、BCR-ABL1、PML-RARa、TCF3-HLF、IDH1/2mut和IGH-MYC以及肿瘤抑制基因（例如TET2、WT1）的功能缺失突变可导致HR和/或c-NHEJ活性失调，从而使细胞容易受到PARPi引发的合成致死效应的影响（图2和图3）1。图2. PARP抑制剂在造血恶性肿瘤和其他显示癌基因/突变（A）和酪氨酸激酶抑制剂（B）诱导的HR/c-NHEJ缺乏症的肿瘤中的应用此外，Bac等人描述了那些恶性造血细胞表达致癌酪氨酸激酶 （OTK）（例如 BCR-ABL1、FLT3（ITD）、JAK2（V617F））由于ROS产量增加自发积累高水平的氧化DNA损伤和DSB 1。然而，OTK阳性细胞能够逃逸来自 DSB 的细胞毒性作用，这是由于增强/调节的 DSB 修复。FDA批准的特异性酪氨酸激酶抑制剂（TKi）（JAK1/2抑制剂鲁索利替尼，FLT3抑制剂奎扎替尼，ABL1抑制剂伊马替尼）对这些OTK的抑制导致急性HR / c-NHEJ缺乏症（由于BRCA1，BRCA2，RAD51和/或LIG4的下调）和对PARPi的敏感性（图2-4）。因此，TKi和PARPi的联合使用能够根除增殖和静止的恶性造血干细胞和祖细胞1。图3. 诱发HR / c-NHEJ缺乏症的癌基因/突变图4. 诱导HR/c-NHEJ缺乏的治疗药物3对PARPi的获得性耐药机制尽管 PARPi 在 DSB 修复缺陷的癌细胞中具有很强的效力，但在BRCA1/2 缺陷和 HRD 中已经报道了对 PARPi 诱导的合成致死性的抵抗力肿瘤细胞（图5）。PARPi的耐药性的主要原因是BRCA1/2突变癌细胞HR修复活性的恢复2。详细地说，BRCA1/2中的继发突变与原始突变导致的链终止子/移码的废除有关，导致全长 BRCA1/2 开放阅读框的恢复。因此，活性BRCA1/BRCA2蛋白表达被恢复，从而重新启动功能齐全的HR途径3,4。除了BRCA1/2中其他突变介导的耐药性外，还提出了BRCA1启动子甲基化的减少/丧失，从而恢复了BRCA1的表达而导致对PARPi的耐药性5。图5. 对PARPi的获得性耐药机制BRCA1-BRCA2-RAD51轴对于同源重组修复（HRR）至关重要。EMI1调节三阴性乳腺癌（TNBC）细胞中的 PARPi 敏感性。EMI1的F盒结构域组装一个SCF泛素连接酶复合物，该复合物靶向RAD51进行降解。在一部分对PARPi难治的BRCA1缺陷三阴性乳腺癌细胞中，EMI1表达的降低会损害EMI依赖性RAD51的降解，从而恢复HR修复活性导致对PARPi的耐药性（图6）6。图6. KEAP1的增加导致EMI1表达的降低导致对PARPi的耐药机制EMSY是I型干扰素反应的负调节因子，也抵消了HR修复途径，KEAP1靶向EMSY进行泛素介导的降解。因此，KEAP1的过表达破坏了EMSY的稳定性，导致HR恢复和对PARPi的抵抗。相反，由于基因突变引起的KEAP1失活导致EMSY的稳定和HR缺乏而使得非小细胞肺癌对PARPi变得敏感（图7）7。图7. EMI1表达的降低导致EMSY的减少，从而对PARPi的耐药机制PARP1的下调或者突变都可能导致BRCA1/2缺陷肿瘤细胞中的PARPi耐药性（图5）。通过53BP1-RIF1的复合物，53BP1介导的DSB末端切除术抑制导致c-NHEJ活性增强，减少对PARP1依赖性a-NHEJ的依赖性，从而引起PARPi耐药性8.因此，53BP1在BRCA1-null小鼠胚胎干细胞中的抑制促进DSB末端切除以限制c-NHEJ，从而使细胞对PARPi致敏。在BRCA1突变的乳腺癌细胞中，由于HR修复活性的部分恢复，53BP1的体细胞丢失导致奥拉帕尼耐药，从而降低BRCA1缺陷小鼠乳腺肿瘤对该抑制剂的反应（图5）。53BP1定位于DSB的阻断也有助于BRCA1缺陷肿瘤中PARPi的失活，这是由TIRR表达增加介导的9。SHLD1/2/3复合物的失活以及DSB末端切除术中其他蛋白（包括RIF1和REV7）的表达降低，恢复了HR的功能活性，降低了PARPi的疗效（图8）10。以相同的机制方式，TRIP13是SHLD1 /2 /3复合物的负调节因子，通过解离REV7-SHLD1/2/3去促进HR。因此，TRIP13的扩增诱导BRCA1/2突变癌症对PARPi的耐药11。图8. SHLD1/2的敲除在BRCA1敲除细胞中导致对PARPi的耐药机制除了在HR通路中起作用外，据报道，BRCA1和BRCA2在维持复制分叉的完整性方面发挥作用12。在BRCA1和BRCA2缺陷细胞中对PARPi获得性耐药可能是由于EZH2缺失导致MRE1和MUS81核酸酶表达降低，导致对复制叉的保护性反应（图9）12,13。图9. MRE1、MUS81和EZH2的下调导致对PARPi的耐药机制除了基于恢复HR或复制叉保护的获得性PARPi抗性机制之外，最近的一项研究报告称，通过恢复Okazaki片段处理（OFP）减少/丢失DNA复制间隙可以诱导抗性。基本上，据报道，复制间隙是BRCA1/2缺陷细胞中PARPi反应的主要决定因素。一般来说，BRCA1/2的缺乏会扩大复制间隙，导致细胞的PARPi敏感性1。然而，在同时敲除BRCA1和53BP1的细胞模型中，通过恢复XRCC1-LIG3恢复OFP，导致减少/耗尽复制差距，并最终对PARPi产生抵抗力。相反，双倍敲除53BP1和LIG3使BRCA1突变细胞对PARPi重新敏感（图10）14。图10. XRCC1-LIG3的增加恢复OFP对PARPi产生耐药性4预先存在的 PARPi 耐药性机制HR和/或c-NHEJ缺陷的血液系统恶性肿瘤在模拟外周血微环境（PBM） 的条件下对PARPi介导的合成致死性敏感，在模拟骨髓微环境（BMM）的条件对 PARPi 产生抗性。Bac等人表明转化生长因子β1（TGF-1）由骨髓基质细胞产生的激活缺氧诱导的TGF-受体（TGF R）激酶-SMAD2/3在白血病细胞中的规范途径以促进DSB的修复（图11）1。TGFβR激酶抑制剂没有改变白血病细胞对PBM中PARPi的敏感性，表明DSB修复活动中TGFβR-SMAD3信号传导的调节在BMM中是排他性的。在机制上，TGFβR激酶信号通过BRCA1/2、ATM，DNA-PKcs和LIG4的上调刺激BMM中白血病细胞中DSB的修复。这一发现表明TGFβR激酶抑制剂在PARPi介导的造血恶性肿瘤干预中的潜在临床应用。事实上，TGFβR激酶的抑制剂galunisertib已经在临床上几种癌症的试验得到应用 15,16，恢复了BMM中白血病细胞的PARPi敏感性。因此，Bac等人假设在PARPi治疗中加入galunisertib应该改善治疗效果1。图11. 通过在缺氧骨髓微环境中激活TGF-β1—TGFβR—SMAD2/3信号传导，恢复HR/c-NHEJ缺陷白血病中的HR/c-NHEJ的PARP抑制剂耐药的预先存在机制除此之外，还有一些其它预先存在的对PARPi的耐药机制，比如DNMT3A的突变导致功能丧失，FLT3激酶与ITD融合突变导致FLT3激酶激活，JAK2的V617K突变导致JAK2激酶的激活，c-KIT的N822K突变导致c-KIT激酶的激活，EGFR的激活和IGF-1R的激酶等都可能导致预先存在的PARPi抑制剂的耐药（图12）1。图12. 预先存在的 PARPi 耐药性机制5小结鉴于负责PARPi耐药性的机制途径列表不断增加，必须实现对预先存在和获得的PARPi耐药的药理学抑制，以提高PARPi介导的合成的治疗效率杀伤力。例如，白血病细胞中预先存在的PARPi耐药性可以通过联合PARP和TGFβR激酶抑制剂（使BMM中的白血病细胞再敏化）、PARP和TET2双加氧酶抑制剂（使携带DNMT3A突变的白血病重新致敏）以及PARP和OTK抑制剂（FLT3（ITD）、JAK2（V617F）、c-KIT（N822K）、EGFR、IGF-1R）解决。获得性 PARPi 抗性可通过以下方式预防，如更具侵略性的“双重合成致死”方法（同时靶向PARP1和RAD52），可在更短的时间内消除更多的肿瘤细胞，从而减少抗性克隆出现的时间依赖性的机会。此外，如果 PARPi出现耐药性，这些克隆可以通过抑制另一种DNA修复机制来消除，例如Pol介导的TMEJ 17。参考文献：1.Bac Viet Le, Paulina Podszywałow-Bartnicka, Katarzyna Piwocka, and Tomasz Skorski, Pre-Existing and Acquired Resistance to PARP Inhibitor-Induced Synthetic Lethality, Cancers 2022, 14, 5795.2.Quigley, D.; Alumkal, J.J.; Wyatt, A.W.; Kothari, V.; Foye, A.; Lloyd, P.; Aggarwal, R.; Kim, W.; Lu, E.; Schwartzman, J.; et al. Analysis of Circulating Cell-Free DNA Identifies Multiclonal Heterogeneity of BRCA2 Reversion Mutations Associated with Resistance to PARP Inhibitors. Cancer Discov. 2017, 7, 999–1005.3.Sakai, W.; Swisher, E.M.; Karlan, B.Y.; Agarwal, M.K.; Higgins, J.; Friedman, C.; Villegas, E.; Jacquemont, C.; Farrugia, D.J.; Couch, F.J.; et al. Secondary mutations as a mechanism of cisplatin resistance in BRCA2-mutated cancers. Nature 2008, 451, 1116–1120.4.Edwards, S.L.; Brough, R.; Lord, C.J.; Natrajan, R.; Vatcheva, R.; Levine, D.A.; Boyd, J.; Reis-Filho, J.S.; Ashworth, A. Resistance to therapy caused by intragenic deletion in BRCA2. Nature 2008, 451, 1111–1115.5.Jacot,W.; Thezenas, S.; Senal, R.; Viglianti, C.; Laberenne, A.C.; Lopez-Crapez, E.; Bibeau, F.; Bleuse, J.P.; Romieu, G.; Lamy, P.J. BRCA1 promoter hypermethylation, 53BP1 protein expression and PARP-1 activity as biomarkers of DNA repair deficit in breast cancer. BMC Cancer 2013, 13, 523.6.Marzio, A.; Puccini, J.; Kwon, Y.; Maverakis, N.K.; Arbini, A.; Sung, P.; Bar-Sagi, D.; Pagano, M. The F-Box Domain-Dependent Activity of EMI1 Regulates PARPi Sensitivity in Triple-Negative Breast Cancers. Mol. Cell 2019, 73, 224–237.e226.7.Marzio, A.; Kurz, E.; Sahni, J.M.; Di Feo, G.; Puccini, J.; Jiang, S.; Hirsch, C.A.; Arbini, A.A.; Wu, W.L.; Pass, H.I.; et al. EMSY inhibits homologous recombination repair and the interferon response, promoting lung cancer immune evasion. Cell 2022, 185, 169–183.e119.8.Mirman, Z.; Lottersberger, F.; Takai, H.; Kibe, T.; Gong, Y.; Takai, K.; Bianchi, A.; Zimmermann, M.; Durocher, D.; de Lange, T. 53BP1–RIF1–shieldin counteracts DSB resection through CST- and Pol_-dependent fill-in. Nature 2018, 560, 112–116.9.Drané, P.; Brault, M.-E.; Cui, G.; Meghani, K.; Chaubey, S.; Detappe, A.; Parnandi, N.; He, Y.; Zheng, X.-F.; Botuyan, M.V.; et al. TIRR regulates 53BP1 by masking its histone methyl-lysine binding function. Nature 2017, 543, 211–216.10.Dev, H.; Chiang, T.-W.W.; Lescale, C.; de Krijger, I.; Martin, A.G.; Pilger, D.; Coates, J.; Sczaniecka-Clift, M.; Wei, W.; Ostermaier, M.; et al. Shieldin complex promotes DNA end-joining and counters homologous recombination in BRCA1-null cells. Nat. Cell Biol. 2018, 20, 954–965.11.Clairmont, C.S.; Sarangi, P.; Ponnienselvan, K.; Galli, L.D.; Csete, I.; Moreau, L.; Adelmant, G.; Chowdhury, D.; Marto, J.A.; D’Andrea, A.D. TRIP13 regulates DNA repair pathway choice through REV7 conformational change. Nat. Cell Biol. 2020, 22, 87–96.12.Lomonosov, M.; Anand, S.; Sangrithi, M.; Davies, R.; Venkitaraman, A.R. Stabilization of stalled DNA replication forks by the BRCA2 breast cancer susceptibility protein. Genes Dev. 2003, 17, 3017–3022.13.Rondinelli, B.; Gogola, E.; Yucel, H.; Duarte, A.A.; van de Ven, M.; van der Sluijs, R.; Konstantinopoulos, P.A.; Jonkers, J.; Ceccaldi,R.; Rottenberg, S.; et al. EZH2 promotes degradation of stalled replication forks by recruiting MUS81 through histone H3 trimethylation. Nat. Cell Biol. 2017, 19, 1371–1378.14.Cong, K.; Peng, M.; Kousholt, A.N.; Lee,W.T.C.; Lee, S.; Nayak, S.; Krais, J.; VanderVere-Carozza, P.S.; Pawelczak, K.S.; Calvo,J.; et al. Replication gaps are a key determinant of PARP inhibitor synthetic lethality with BRCA deficiency. Mol. Cell 2021, 81, 3128–3144.e312715.Herbertz, S.; Sawyer, J.S.; Stauber, A.J.; Gueorguieva, I.; Driscoll, K.E.; Estrem, S.T.; Cleverly, A.L.; Desaiah, D.; Guba, S.C.; Benhadji, K.A.; et al. Clinical development of galunisertib (LY2157299 monohydrate), a small molecule inhibitor of transforming growth factor-beta signaling pathway. Drug Des. Devel. Ther. 2015, 9, 4479–4499.16.Wick, A.; Desjardins, A.; Suarez, C.; Forsyth, P.; Gueorguieva, I.; Burkholder, T.; Cleverly, A.L.; Estrem, S.T.; Wang, S.; Lahn, M.M.; et al. Phase 1b/2a study of galunisertib, a small molecule inhibitor of transforming growth factor-beta receptor I, in combination with standard temozolomide-based radiochemotherapy in patients with newly diagnosed malignant glioma. Investig. New Drugs 2020, 38, 1570–1579.17.Zatreanu, D.; Robinson, H.M.R.; Alkhatib, O.; Boursier, M.; Finch, H.; Geo, L.; Grande, D.; Grinkevich, V.; Heald, R.A.; Langdon, S.; et al. Pol_ inhibitors elicit BRCA-gene synthetic lethality and target PARP inhibitor resistance. Nat. Commun. 2021, 12, 3636.18.Zatreanu, D.; Robinson, H.; Alkhatib, O.; Boursier, M.; Finch, H.; Geo, L.; Grande, D.; Grinkevich, V.; Heald, R.; Langdon, S.; et al. Abstract 5697: Targeting PARP inhibitor resistance with Pol_ inhibitors. Cancer Res. 2022, 82, 5697.封面图来源：pixabay推荐阅读BioWorld采访 | 不是「减缓」，而是「逆转」！阿尔茨海默病新药已悄悄崭露头角......4轮临床试验结果全矛盾，这减肥药，把积极结果做毁了……3年前，百济神州为了一个冷门靶点花了800万美金，如今......点击在看，共济新药研发浪潮