《自然·癌症》:三阴性乳腺癌果真阴险!同济大学毛志勇团队发现,ER/PR/HER2三阴可促进癌细胞基因修复能力

2023年05月09日21:38:04 科学 1731

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在众多癌种中,三阴性乳腺癌(TNBC)算得上是最难缠的癌症之一。虽然近几年来,免疫检查点抑制剂、PARP1抑制剂、以及靶向Trop-2和HER2的ADC药物给这个领域带来些许希望,但是都未能带来革命性的治疗效果。要走出这片泥沼,还需要发现更多有效的治疗通路。

我们知道,肿瘤细胞在凶猛生长的过程中,往往伴随着大量的DNA损伤。因此,这些细胞特别依赖于有效的DNA修复机制。以往的研究提示,在TNBC中,DNA修复可能被上调,但哪些修复途径被上调,以及如何促进TNBC的进展,并没有被充分研究。

近期,同济大学生命科学与技术学院毛志勇教授研究团队在《自然·癌症》上发表了一项重要研究。研究发现,去泛素酶USP15可以与DNA修复过程中的关键酶PARP1相互作用,使PARP1去泛素化,从而促进其稳定性,进一步刺激DNA修复,帮助TNBC细胞增殖。有趣的是,这项研究还发现,雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和人表皮生长因子受体2(HER2)可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化【1】。

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论文首页截图

PARP1这个靶点大家都很熟悉了,它是DNA修复过程的关键酶,可以帮助修复DNA单链断裂。而PARP抑制剂也在治疗BRCA1/BRCA2突变癌症方面取得了巨大成功。近期研究还发现,PARP1在DNA双链断裂修复、转录调控和异染色质结构维持方面也发挥着重要作用。这提示我们,在没有双链断裂修复缺陷(无BRCA1/BRCA2突变)的癌症中,PARP抑制剂似乎也具有一定的潜力。

PARP1在细胞中的稳定性受到多种生物学因素和分子机制的调控,包括泛素化、去泛素化、磷酸化等等。我们知道泛素化和去泛素化是两个相反的过程,共同参与调控蛋白质稳定性、信号传导和细胞功能的翻译后修饰过程。泛素化通常导致蛋白质的降解,而去泛素化可以将泛素从泛素化的目标蛋白质上移除,这个过程主要由去泛素酶(Deubiquitinases,DUBs)完成。

在这项研究中,研究人员通过共沉淀实验筛选了60种去泛素化酶,进而确定了USP1、USP15和USP21三种去泛素化酶与PARP1相互作用。进一步研究发现,敲除USP15会促进PARP1的泛素化,显著降低PARP1蛋白稳定性。看来USP15是为PARP1保驾护航的重要去泛素化酶。

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敲除USP15会促进PARP1的泛素化

接着,研究人员收集了34个乳腺癌组织样本(18个TNBC组织和16个非TNBC组织)以及相应的正常乳腺组织。研究发现,PARP1USP15在乳腺癌组织中的表达均上调,特别是在TNBC组织中。

在TNBC组织中,PARP1USP15的表达分别上调约2倍,而在非TNBC组织中上调程度较小,约为1.5倍。进一步分析证实,PARP1USP15在TNBC组织中的表达强烈相关,而在非TNBC组织中则没有显著相关性。

接下来,研究人员需要验证,USP15–PARP1轴是否真的可以加速TNBC的生长。

实验结果发现,敲除PARP1USP15,可以使TNBC细胞对MMS处理(导致DNA损伤)更敏感。小鼠试验发现,敲除PARP1USP15会损害移植瘤的生长,同时敲除两者没有额外的负面影响。

在USP15-KO细胞中,如果恢复PARP1的表达,则小鼠的移植瘤会恢复生长,这表明PARP1对维持癌细胞基因稳定性,以及肿瘤生长至关重要。然而,在PARP1-KO的细胞中,恢复USP15的表达,并不能恢复肿瘤细胞的生长。除此之外,通过免疫染色方法检测移植瘤样本,研究人员发现PARP1和/或USP15-KO细胞中DNA损伤累积显著。

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研究人员还发现,PARP1不仅参与碱基切除修复(BER)途径,还参与其他DNA修复途径,如同源重组途径。当USP15PARP1缺失时,可能会影响这些修复途径的效果。但是,恢复PARP1水平可能有助于挽救这些缺陷,提高癌细胞生长。

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由此看来,USP15介导的PARP1稳定对TNBC细胞的生长至关重要。

那么,在USP15–PARP1这条通路上,有没有其他的调节因素发挥作用呢?答案是肯定的。研究人员惊奇地发现,雌激素受体(ER)、孕激素受体(PR)和人表皮生长因子受体2(HER2)可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化

ER可以结合到USP15启动子上抑制其表达,而PR可以抑制USP15的去泛素酶活性,HER2则可以破坏PARP1与USP15之间的相互作用。在TNBC中,这三种受体的特异性缺失导致PARP1水平升高,进而提升癌细胞的基因修复能力,推动TNBC发展。看来三阴难治,不仅是因为我们缺了三个重要的治疗靶点,还因为三阴本身就可以可以加强癌细胞的基因修复能力。

除此之外,研究团队还发现了两个乳腺癌患者中的PARP1突变(E90K和S104R),它们可以增强PARP1与USP15之间的相互作用,抑制泛素化,从而提高PARP1蛋白水平。

最后总结一下,同济大学团队的这项研究,发现了TNBC细胞维持恶性生长的一个重要因素:DNA修复关键酶PARP1和去泛素化酶USP15在TNBC细胞中都上调,USP15会通过去泛素化,帮助PARP1维持稳定,从而提升TNBC细胞的基因修复。更重要的是,研究发现ER、PR、HER2可以通过不同的机制抑制USP15介导的PARP1稳定化。从基因修复的角度解释了TNBC难治的原因。

希望后续在USP15–PARP1轴方面的研究能带给我们更多惊喜!

参考文献:

【1】Sun, X., Tang, H., Chen, Y. et al. Loss of the receptors ER, PR and HER2 promotes USP15-dependent stabilization of PARP1 in triple-negative breast cancer. Nat Cancer (2023). https://doi.org/10.1038/s43018-023-00535-w

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本文作者丨candy

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