研究人员发现了BRCA癌细胞的最后防线

发表在自然通讯由圣路易斯大学研究人员Alessandro Vindigni博士领导的团队分享了关于缺乏brca的癌细胞如何运作、与化疗药物相互作用以及它们为生存所做的最后努力的新信息。研究人员希望他们的发现可以改进化疗药物，并阐明一些细胞产生化疗耐药的原因。

Vindigni是SLU生物化学和分子生物学教授，研究基因组完整性，即细胞忠实地将其DNA信息传递给新细胞的能力。

当细胞复制自己的遗传物质时，一个损伤或其他障碍可以阻止DNA复制，潜在地破坏细胞的繁殖能力。DNA损伤每细胞每天可发生10万次。它们可能是正常代谢活动的结果，如自由基，以及暴露于环境因素，如紫外线辐射，x射线和化合物。如果细胞的复制机制与病变发生碰撞，就会发生链断裂。

当遇到病变时，细胞会有修复策略，其中包括一种叫做分叉逆转的策略。DNA复制的方式是将两条交织在一起的链拉开，然后分别复制。当DNA链分离和复制时，它们形成了一个“复制叉”。如果这些分叉遇到阻碍它们前进的障碍，比如病变，细胞就会执行一种叫做分叉逆转的操作。

一旦发现DNA上的损伤，DNA复制就会通过形成反向分叉来逆转其进程。新合成的DNA链与它们的亲本链分离并相互连接。与此同时，父链重新连接，部分地将分叉拉上。因此，分叉转化为一个四向结结构，称为反向分叉。反向分叉的形成防止分叉与复制障碍相撞，在复制恢复之前给损坏的修复时间。在之前的研究中，Vindigni和他的团队发现了新的酶，一旦DNA损伤被修复，这种酶就能使细胞恢复复制。

为了阻止癌细胞，癌细胞的增殖速度比健康细胞快，很多化疗药物通过诱导DNA损伤来阻止复制。

虽然叉子逆转策略帮助健康细胞存活，但它们也允许癌细胞茁壮成长，并抵御DNA破坏的化疗。Vindigni团队的研究提供了有关酶的重要线索，这些酶可以靶向防止逆转和增加化疗敏感性。

在目前的研究中，Vindigni检测了缺乏brca的癌细胞。BRCA基因突变与多种癌症有关，包括乳腺癌、卵巢癌和前列腺癌。

携带BRCA突变的人的健康细胞缺少一份BRCA基因拷贝。然而，如果它们发展成肿瘤，这些细胞就缺乏这两种BRCA副本。科学家利用这一差异开发了利用这一差异的化疗药物。肿瘤细胞更容易受到破坏DNA的药物的影响因为它们缺乏这两种拷贝，而健康的细胞不太可能受到相同药物的影响，因为他们保留了一个良好的基因拷贝。

BRCA蛋白因其修复双链断裂的作用而闻名。它们还在“消毒”因DNA损伤剂治疗而停滞的复制叉中发挥作用。BRCA蛋白的一个主要功能是保护这些停滞的分叉，防止它们被降解。然而，BRCA蛋白保护的复制叉的确切结构仍然未知。

我们的细胞核有一种叫做核酸酶的酶，它可以将DNA降解数千个碱基。当BRCA蛋白质缺失时，停滞的DNA分叉就没有了保护，核酸酶很容易开始咀嚼DNA。这就解释了为什么缺乏brca的肿瘤容易受到化疗药物的影响，从而导致DNA复制停滞;在没有BRCA的情况下，DNA是没有保护的。蛋白质MRE11是第一个在这方面有效的核酸酶。

Vindigni说:“我们的想法是，如果你取一个有BRCA突变的癌细胞系，服用一种阻止复制的药物，叉就会停止。”“在这一点上，分叉是不受保护的，因此可以被MRE11降解。这种降解会消化分叉，导致染色体不稳定和DNA断裂的积累。在没有BRCA蛋白的情况下，这些断裂无法修复，细胞也无法存活。

“这解释了为什么BRCA突变患者可以用化疗药物治疗，化疗药物会导致DNA损伤和复制叉停止。”

根据这些信息，Vindigni和研究团队想要回答三个问题。

一:还有哪些核酸酶可以降解未受保护的DNA?

因为研究人员知道MRE11只能降解少数核苷酸，他们怀疑肯定有其他因素导致了这种影响。

研究小组在培养液中培养细胞，并使用荧光显微镜方法监测复制事件发生的时间。在幻灯片上出现的每一根荧光纤维都对应着一个复制事件，较短的纤维是核苷酸降解DNA的证据。

Vindigni说:“你可以看到，如果核酸酶开始降解这些纤维，它们是如何变得更短的。”“这就是我们研究哪些核酸酶起作用的方法，也是我们发现另一种发挥这种作用的核酸酶EXO1的方法。”

二:这些核酸酶是如何降解叉子的?

接下来，研究小组想知道当这些核酸酶被装载到叉子上时，它们降解的是哪种结构。他们发现，这种核酸酶可以识别停滞的反向分叉，并在缺乏brca的细胞中锁定这些反向分叉。

Vindigni说:“在之前的工作中，我们发现分叉反转非常重要。”“当复制机制停止时，它就会形成一个反向结构。现在，在这篇后续的论文中，我们展示了反向结构是核酸酶附着的地方。

“BRCA蛋白必须保护反向分叉，否则核酸酶会附着在这里。BRCA蛋白可以防止核酸酶的降解，这种酶就像吃豆人一样，会吞噬DNA。

“要开始降解，你需要一个起点，我们发现反向分叉就是这个起点。”

三:这些分叉最终会发生什么?

最后，研究小组探索了这些细胞的命运复制在缺少BRCA蛋白的情况下，分叉已经停止并被核酸酶降解。

Vindigni说:“我们发现，我们的细胞有办法挽救这些停滞和退化的分叉。”“我们有一个备份机制。作为最后的手段，如果DNA被广泛降解，细胞可以切割DNA，并使用一种专门的机制来挽救降解的分叉。这是我们的细胞避免细胞死亡的最后拯救途径。”

虽然DNA退化导致染色体不稳定性增加，但研究人员发现，这并不一定是终末期的。细胞有可能切断链，挽救停滞的分叉，以避免细胞死亡。

这对癌症治疗意味着什么?

Vindigni说:“现在，我们可能有一种策略，可以使更多缺乏brca的患者对化疗药物敏感。”

“如果你阻断了这最后的拯救途径，那么你就真的会陷入一种情况，缺乏BRCA的细胞无法存活。表达一个BRCA基因拷贝的正常细胞有办法修复，如果它们确实面临障碍，也有一个功能性修复途径。然而，缺乏这两种BRCA基因副本的癌细胞将被大规模降解，我们将阻止它们的最后求助。”

除了强调优化癌症治疗的新策略，该研究还提供了对另一个谜题的洞察，化疗抵抗．

BRCA-deficient癌症细胞它们被核酸酶降解，导致染色体不稳定，从而产生对化疗的耐药性。科学家们已经发现了化疗耐药和缺乏降解之间的联系，这是一个奇怪的发现，因为在没有BRCA蛋白的情况下，DNA更有可能降解。

这意味着必须有另一种途径来保护分叉不被降解，而了解哪些因素是负责任的，为研究人员了解化疗耐药提供了线索。