FANCI

这项新的研究表明因DNA交联而停滞的复制叉内的DNA 结构（而不是交联 DNA 本身）触发了D2-I复合物停止滑动并夹紧DNA以启动修复。 在一项新的研究中，来自伦敦医学科学实验室和剑桥分子生物学实验室等研究机构的研究人员合作解开了一个数十年之久的谜团，为今后更好地治疗癌症铺平了道路。他们揭示了科学界多年来一直无法理解的一种重要的DNA修复系统——20 多年前发现的范可尼贫血症（Fanconi Anemia, FA）途径，是如何识别DNA损伤并启动修复的基本机制。他们利用最先进的成像技术观察这些DNA修复蛋白如何在单个DNA分子上移动，并利用电子显微镜来捕捉它们如何“锁定”特定的DNA结构，从而为更有效地治疗癌症开辟了道路。 相关研究结果于2024年7月31日在线发表在Nature期刊上，论文标题为“FANCD2–FANCI surveys DNA and recognizes double- to single-stranded junctions”。论文通讯作者为伦敦医学科学实验室的David Rueda教授和剑桥分子生物学实验室的Lori Passmore博士。 DNA 在人的一生中不断受到环境因素的损害，包括阳光中的紫外线、酗酒、吸烟、污染和化学物暴露。DNA 受损的一种方式是发生“交联”，从而使它无法正常复制和表达基因。为了进行自我复制以及读取和表达基因，DNA 双螺旋的两条链首先必须解链形成单链。当 DNA 发生交联时，两条链上的“核苷酸”就会粘在一起，从而阻止解链。DNA 损伤（包括交联）的累积可导致癌症。FA途径在人的一生中都很活跃，它能识别这些损伤，并不断对其进行修复。 基因突变使得这一途径不那么有效的个体更容易患癌症。虽然参与FA途径的蛋白在很久以前就被发现了，但它们如何识别交联的DNA并启动DNA修复过程仍然是个谜。 研究者此前已发现FANCD2-FANCI（D2-I）蛋白复合物在FA途径的第一步中起作用，它能夹住DNA，从而启动交联DNA的修复过程。然而，关键问题依然存在：D2-I 如何识别交联 DNA，为什么 D2-I 复合物也与其他类型的 DNA 损伤有关？ 这项新的研究综合运用了多种前沿的科学技术，证实D2-I复合物沿着双链DNA滑动，监测它的完整性，还优雅地可视化观察了它如何识别在哪里停止，让DNA修复蛋白移动并在发生交联的位点上结合，从而启动DNA修复。 研究者利用一种称为“相关光学镊子和荧光成像（correlated optical tweezers and fluorescence imaging）”的先进显微镜技术，探索D2-I复合物如何沿着双链DNA分子滑动。利用光学镊子，他们可以捕获两个珠子之间的单个DNA分子，这使他们能够精确地操纵DNA并将其与选定的蛋白孵育。 利用荧光标记的D2-I和单分子成像技术，他们观察到单个D2-I复合物如何与DNA结合并沿着DNA滑动，从而实现对DNA双螺旋进行扫描。他们发现D2-I复合物不是直接识别DNA两条链之间的交联，而是在到达DNA单链间隙（一条DNA链发生缺失的区域）时停止滑动。 利用在分子水平上可视化观察蛋白的低温电镜技术，研究者接下来解析出 D2-I 复合物在单链-双链 DNA交叉点滑动和停滞时的结构。他们发现D2-I 与单链-双链 DNA交叉点的接触与它单独与双链 DNA 的接触截然不同。 D2-I复合物在DNA上滑动的单分子成像 图片来自Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07770-w 这使他们能够确定 FANCD2 蛋白的一个特定部分（称为“KR螺旋”），他们在单分子成像实验中发现这个部分对于识别DNA单链间隙和在单链 DNA 间隙停滞至关重要。 研究者进一步证实了 D2-I 复合物利用 KR 螺旋在这些交叉点上停滞的能力对于通过 FA 途径修复 DNA 至关重要。 当 DNA 在我们的细胞中正常复制时，它会让两条 DNA 链解链和复制每一条单链。这就形成了一个“复制叉”，在这个复制叉上，初始的DNA 链被解开，新的双链 DNA 在每条链上形成。但是，当这个复制叉到达 DNA 交联处时，DNA 链就无法解开，从而使通常的 DNA 复制过程停滞。 因此，这个停滞的复制叉包含暴露在外的单链DNA间隙，在这些间隙中，DNA 已经被解开，但却没有被复制。这项新的研究表明D2-I 蛋白复合物紧紧地附着在停滞的复制叉上单链和双链 DNA 之间的这些交叉点上。 这不仅能让 D2-I 复合物将FA 途径中的其他蛋白带到 DNA 交联处启动修复，还能锚定剩余的双链 DNA，保护停滞的复制叉，从而防止细胞中的酶切割 DNA 链的暴露端而进一步损坏 DNA。 这项新的研究表明因DNA交联而停滞的复制叉内的DNA 结构（而不是交联 DNA 本身）触发了D2-I复合物停止滑动并夹紧DNA以启动修复。这些停滞的复制叉出现在许多类型的 DNA 损伤中，这就解释了 D2-I 复合物通过 FA 途径在其他形式的 DNA 修复中发挥着广泛作用。 DNA 损伤是导致多种疾病的关键因素，因此了解 DNA 修复过程，尤其是了解这种修复失败的原因，具有极其重要的意义。至关重要的是，许多抗癌药物（如顺铂）会对癌细胞造成严重的细胞损伤，使其停止分裂并死亡。 在这种情况下，DNA 修复途径——这一在正常生命中至关重要的生理过程，可能会被癌细胞劫持，后者利用这些途径抵抗化疗药物的作用。了解了DNA修复途径第一步的机理基础，也许就能找到使患者敏感的方法，从而使抗癌药物在未来更加有效。（生物谷Bioon.com） 参考资料： Pablo Alcón et al. FANCD2–FANCI surveys DNA and recognizes double- to single-stranded junctions. Nature, 2024, doi:10.1038/s41586-024-07770-w.

2023年4月15日，智慧芽新药情报库正式发布最新专利调研报告《合成致死领域ATR抑制剂临床药物专利调研报告》（以下简称“《报告》”）。报告以靶向ATR的临床药物的研究进展为背景，在此基础上对其专利布局和核心专利进行分析解读，从专利的角度呈现当下临床阶段ATR抑制剂的开发全景。《报告》全文限时免费阅读下载，了解详情请登陆智慧芽新药情报库报告版块。 一、合成致死理论 合成致死，是指在两个非致死基因中任何一个基因发生突变均不影响细胞存活，但当两个基因同时发生突变时，能够特异性导致细胞死亡。恶性肿瘤由于DNA复制和修复的错误积累了大量的基因突变，因此可抑制与这些基因具有合成致死关系的另一个基因，从而选择性地杀死肿瘤细胞，而不影响正常细胞[1]。相关理论内容已经在前述报告《合成致死领域ATM抑制剂专利调研报告》有过重点介绍，故不在此赘述。 二、ATR靶点特征 ATR，为共济失调毛细血管扩张突变基因Rad3相关激酶，是一种在DNA损伤后能够激活细胞应答，进而阻滞细胞周期进程并稳定复制叉及修复DNA，从而逃脱细胞凋亡的重要激酶。抑制ATR可以选择性地影响肿瘤细胞，而对正常细胞干扰较少。 作为磷脂酰肌醇3-激酶相关激酶蛋白家族成员，ATR由2644个氨基酸组成。N端为ATR相互作用蛋白结合结构域，是ATR激活的重要结构域；C端为下游蛋白磷酸化的激酶结构域，具有将靶蛋白如FANCI、WRN、Chk1等丝氨酸或苏氨酸磷酸化的功能。ATR激活后可通过多种信号调控细胞生物过程，包括细胞周期阻滞、抑制复制起点、促进脱氧核苷酸合成、启动复制叉以及修复DNA双链断裂。 当细胞内DNA复制压力、DNA损伤产生时，ATR被募集至DNA损伤部位，多种蛋白共同参与调控ATR的激活，ATR激活后调控一些重要的细胞过程。肿瘤细胞更加依赖ATR分子通路调控细胞DNA损伤修复促进细胞存活，而对正常细胞影响较小，使ATR成为有希望的癌症治疗靶标。 三、ATR抑制剂临床在研药物 ATR抑制剂的开发，当前尚无品种获批上市，但已有≥10个品种进入临床，且最高阶段已进入临床Ⅲ期，多个品种分布于临床Ⅱ期、临床Ⅰ期。开发公司分布于全球，国外研发公司如阿斯利康、默克、拜耳等，国内研发公司如江苏恒瑞、徳琪医药、英派药业等。 四、全球ATR 抑制剂相关专利布局 通过“智慧芽全球专利数据库”检索得知，阿斯利康对 ATR 抑制剂的专利布局时间集中于 2009 年-至今，专利类型关联化合物专利、制备专利、组合物专利、制剂专利、用途专利等，布局层次丰富。 Vertex公司对ATR抑制剂的专利布局，数量巨大，专利申请日最早可追溯到2009年，早期的专利以化合物专利为主，后相继布局制备专利、用途专利、组合物专利等。 江苏恒瑞对ATR抑制剂的专利申请时间主要集中于2020年-2021年，以化合物专利为主，且均申请了PCT专利。 五、总结 ATR，在多种肿瘤组织中高表达，且已初步证实与肿瘤的耐药和复发有关。同时，作为合成致死理论的重要靶点之一，已成为肿瘤药物研发的热门靶标之一。 凭借 ATR 明确的作用机制，全球已有众多制药公司将研发资源投入其中，并已成功推进多个品种进入临床，适应症指向血液瘤和实体瘤。 ATR 抑制剂的专利布局，现阶段的现有技术已经非常丰富，更优结构的新颖性和创造性的寻找，已相对困难。 国内制药公司对该靶点的关注度较高，已有多个品种进入到临床阶段，赛道相对火热；基于此，其他研发公司在这方面的投入须谨慎斟酌。 智慧芽系列专利调研报告（Patent Research Report Series），由智慧芽生物医药部门重磅推出，精选值得关注的新靶点新机制，围绕该靶点展开详尽调研分析，包括对作用机制的阐述，对上市药物、在研药物的专利布局及重点专利的详尽解读等，以专利视角呈现靶点开发全景。