癌細胞在復制壓力下存活的新機制

　　卡羅林斯卡學院的研究人員發現了一種新的分子機制，癌細胞通過這種機制保護自己免受癌基因誘導的復制壓力的影響。研究人員提出了一種使這種保護機制失效的策略，可作為輔助癌癥治療的方法之一。

　　卡羅林斯卡學院的研究人員發現癌細胞通過一種新的分子機制來保護自己免受原癌基因誘導的復制壓力的影響，并提出了一種使這種保護機制失效的策略。這項研究發表在科學雜志《Molecular Cell》上。

　　背景

　　癌基因誘導的復制應激(OIRS)的發生是癌癥發展多步驟過程中常見的早期事件。癌基因如CYCLIN E或c-MYC的激活導致復制應激(RS)，表現為復制叉速度降低，通過解除細胞周期進程或轉錄程序導致復制叉瓦解和一端的雙鏈斷裂(DSB)。

　　在這種OIRS的背景下，CCNE1是研究最徹底的癌基因之一，因為它經常過表達并與不良患者預后相關。CYCLIN E是CDK2(周期素激酶cyclin-dependent kinase ）的激活因子，CYCLIN E的過表達可以縮短G1期，促進過早進入S期，減少許可復制起點的數量，同時增加激活復制起點的比例，導致轉錄和復制機制之間的沖突增加。CYCLIN E過表達還會導致復制叉減慢、復制叉逆轉和核苷酸耗竭，最終導致G2/M和染色體不穩定期間DNA斷裂和DNA損傷反應(DDR)激活。CYCLIN E誘導的復制應激，會導致激活Rad-3相關(ATR)激酶、以及下游的checkpoint kinase 1 (CHK1，調節多種RS反應途徑，以限制DNA損傷并將未解決的復制中間體的核裂解過程限制在G2/M期)，這一觀點得到了CYCLIN E過表達與ATR或CHK1抑制之間的合成致死相互作用（synthetic lethal interactions ）的支持，這種相互作用伴隨著大量的DNA損傷，威脅到癌細胞的生存，與癌癥治療相關。但癌細胞如何抵消OIRS有害影響的途徑仍然不完全清楚。由于臨床上靶向CYCLIN E治療癌癥已被證明是有問題的，因此另一種靶向方法是針對讓癌細胞在OIRS下能夠存活的途徑。

　　研究簡介

　　范可尼貧血(Fanconi anemia, FA)信號通路是維持基因組完整性的關鍵途徑之一，在復制應激(RS)下被激活。它通過募集和穩定DNA損傷反應(DDR)信號通路組分——如同源重組修復(HRR)蛋白BRCA1/2——修復DNA鏈間交聯(ICLs)，從而對抗/抵消復制應激的關鍵作用。FA信號通路的關鍵蛋白：FANCD2和FANCI保護停滯的復制叉，并促進新復制起點的啟動。

　　當復制叉停止時，FANCD2-FANCI (ID2)二聚體被招募到染色質上，夾住DNA，發生單泛素化。雖然二聚體夾住DNA是獨立于FANCD2單泛素化發生，但這種修飾穩定了箝位構象，保護復制叉。一旦條件允許復制叉恢復，需要去泛素以重新打開復制叉——然而USP1-UAF1復合物（USP-1：去泛素化酶泛素特異性蛋白酶1；UAF1：USP1相關因子1 ）并不能讓Ub-FANCD2-Ub-FANCI二聚體去泛素化。卡羅林斯卡學院的研究人員發現，是CHK1對關鍵通路蛋白FANCD2的磷酸化觸發其FBXL12依賴性蛋白酶體降解，促進FANCD2在停滯的復制叉處的清除，這種機制對于復制恢復和細胞存活至關重要。這促進了在CYCLIN E和藥物誘導的復制應激條件下有效的DNA復制。用磷酸化蛋白突變體構建的FANCD2缺陷成纖維細胞無法恢復復制叉進程。在缺乏FBXL12的情況下，FANCD2被困在染色質上，導致復制應激和過度的DNA損傷。

　　在人類癌癥中，FBXL12、CYCLIN E和FA信號通路是正相關的，FBXL12的上調與高CYCLIN E表達乳腺腫瘤患者的生存率降低有關。FBXL12的缺失加劇了癌基因誘導的復制應激，并通過抑制WEE1使癌細胞對藥物誘導的復制應激敏感。研究結果表明，FBXL12在CYCLIN e過表達的癌癥中是一個易感性和潛在的治療靶點。

　　? SCFFBXL12多泛素化并靶向染色質結合的FANCD2降解

　　? 在缺乏FBXL12的情況下，FANCD2被困住，阻礙了復制進程

　　? 在復制脅迫下，FANCD2磷酸脫氫蛋白突變體無法挽救叉的進程

　　? FBXL12對CYCLIN e過表達的癌細胞具有易感性

　　作者解釋

　　這項研究揭示了一種意想不到的機制——負責在停止復制叉處移除關鍵DNA修復蛋白FANCD2。這使得DNA合成即使在升高的癌基因觸發的復制壓力(癌細胞固有的特征)存在的情況下也能不間斷地進行。

　　“我們研究了這一過程在復制應激條件下是如何調節的，并提供了證據，證明SCF泛素連接酶受體FBXL12促進了FANCD2的蛋白酶體降解。當FBXL12缺失時，FANCD2被困在復制叉上，阻礙了復制進程和生存，特別是在具有高水平復制壓力的癌細胞中，”Brunner是該研究的第一作者，來自卡羅林斯卡學院細胞和分子生物學學系。“我們的細胞面臨著持續的DNA損傷，特別是在由細胞周期蛋白依賴性激酶(CDKs)控制的DNA合成過程中。CYCLIN E水平升高與侵襲性癌癥類型和不利的患者預后相關，提出了固有的治療挑戰。從臨床角度來看，CYCLIN E不是一個可行的藥物靶點。我們的研究揭示了一種通過靶向為癌癥基因組提供保護的途徑來根除CYCLIN E過表達的癌細胞的替代策略。”

　　該研究的資深作者Olle Sangfelt表示：“我們通過篩選過度表達CYCLIN E的癌細胞中調節復制恢復的基因來啟動這項研究，并確定FBXL12是一個突出的候選者。利用個體DNA分子和復制軌跡的高分辨率顯微鏡，我們接下來研究了FBXL12如何影響復制叉動力學。在證明FBXL12的缺失阻斷了DNA合成，導致CYCLIN E過表達細胞的DNA損傷和細胞死亡后，我們分析了FBXL12相互作用蛋白的蛋白質組，并鑒定了FANCD2。通過深入的分子和生化分析，我們發現了FBXL12-FANCD2信號在支持經歷高水平復制應激的癌細胞存活方面的關鍵作用。”“基于我們的發現，我們提出FBXL12-FANCD2信號通路的破壞使過度表達CYCLIN E的細胞無法存活，并假設靶向這一途徑，與其他誘導復制應激的癌癥藥物一起，可能為沒有升高復制應激水平的癌癥類型提供可行的治療途徑。”我們正在進行的研究將深入識別和研究破壞FBXL12-FANCD2信號的化合物，最終釋放復制壓力對癌細胞的致命潛力。”

　　多年來，Olle Sangfelt的實驗室已經確定并描述了幾種在多種癌癥相關過程中發揮普遍作用的SCF泛素連接酶，目前的研究建立在與美國和芬蘭研究小組的長期合作基礎上。

　　參考文獻

　　FBXL12 degrades FANCD2 to regulate replication recovery and promote cancer cell survival under conditions of replication stress.