重大进展!海军军医大学发现同源重组介导的 DNA 修复以增强抗癌性

不仅适用于放疗,也适用于与 ATR 相关 HR 修复相关的化疗。

异常增强的 DNA 损伤修复导致多种癌症的治疗耐药 。最近,长链非编码 RNA (lncRNA) 已被证明是 DNA 损伤修复不可或缺的参与者,并为克服癌症耐药性提供了新的靶点。然而,大多数 lncRNA 在 DNA 损伤修复中的确切作用仍然未知。

2021年7月5日,海军军医大学杨彦勇、高福及蔡建明共同通讯在Molecular Cancer (IF=27.40)在线发表题为“Long non-coding RNA ANRIL promotes homologous recombination-mediated DNA repair by maintaining ATR protein stability to enhance cancer resistance”的研究论文,该研究发现lncRNA ANRIL 通过介导 DNA 损伤的同源重组 (HR) 修复来促进癌症抗性。

总之,靶向 ANRIL 会导致 ATR 降解,这将进一步导致 HR 修复缺陷。因此,这些发现可以为实现新机制和获得潜在的治疗应用提供线索,不仅适用于放疗,也适用于与 ATR 相关 HR 修复相关的化疗。

异常增强的 DNA 损伤修复导致多种癌症的治疗耐药 。最近,长链非编码 RNA (lncRNA) 已被证明是 DNA 损伤修复不可或缺的参与者,并为克服癌症耐药性提供了新的靶点。然而,大多数 lncRNA 在 DNA 损伤修复中的确切作用仍然未知。在这里,该研究发现lncRNA ANRIL 通过介导 DNA 损伤的同源重组 (HR) 修复来促进癌症抗性。

具有高 ANRIL 表达的肺癌是全世界死亡的主要原因,并被选为模型来研究 ANRIL 在 DNA 损伤修复和治疗抵抗中的作用。首先,与来自 80 对临床标本的邻近正常组织相比,在肺癌组织中发现 ANRIL 显著升高。与正常 BEAS-2B 细胞相比,肺癌细胞中也证实了 ANRIL 的高表达。通过分析来自 TCGA 数据库的数据,还发现 ANRIL 在肺鳞状细胞癌中上调,但在腺癌中没有上调。此外,电离辐射 (IR) 和其他 DNA 损伤试剂,ANRIL 表达大大增加。这些数据表明,增加的 ANRIL 表达赋予肺癌细胞对电离辐射的抵抗力。

然后,该研究探索了 ANRIL 是否在 DNA 损伤修复中发挥了关键作用。在辐照后的 ANRIL-KD 细胞中,在 8 h 时观察到的 DNA 损伤比在 NC 细胞中更多。相比之下,辐照后在 ANRIL-OE H460 细胞中观察到较少的 DNA 损伤。这些结果表明 ANRIL 的缺失导致 IR 后未修复的 DNA 损伤。在了解了 ANRIL 在 DNA 损伤修复过程中的必要性后,本研究继续进一步研究了 ANRIL 在 DNA 损伤反应 (DDR) 中的确切功能。结果表明 ANRIL 是 DDR 和增加肺癌细胞抗癌性所必需的。

为了探索 ANRIL 对体内抗癌性的影响,将 NC 和 ANRIL 敲低的 H1299 细胞以及过表达载体和 ANRIL 的 H460 细胞皮下注射到裸鼠中。ANRIL 敲低结合局部照射导致肿瘤体积曲线和重量方面的肿瘤生长减少。一致地,与载体组相比,ANRIL-OE H460 细胞显示出肿瘤对放疗的抵抗力增加。这些体内实验结果证实了 ANRIL 在放疗抵抗中的作用。

ANRIL 缺陷细胞中 ATR 和 HR 修复的失活促使研究这些影响的潜在机制。通过 RNA FISH 测定发现 ANRIL 位于细胞核中,这表明它可能在直接调节 DNA 损伤修复中发挥作用。为了确定 ANRIL 在 HR 修复过程中是否与其直接靶标相互作用,通过使用 ATR-、RAD51- 和 RPA2 特异性抗体进行了 RIP 实验。令人惊讶的是,ANRIL 富含 ATR 特异性抗体而不是 RPA2 或 RAD51 抗体免疫沉淀的蛋白质-RNA 复合物,表明 ANRIL 可能在调节 ATR 功能中发挥作用。进一步的研究表明,ATR 与 ANRIL 的结合不依赖于其磷酸化水平。此外,ANRIL 与 ATR 蛋白的直接结合通过 RNA pulldown 测定得到证实。lncRNA最重要的功能之一是与蛋白质结合,从而导致功能改变;此外,尚未报道任何与 ATR 结合的 lncRNA。 

为了确定与 ATR 相互作用的 ANRIL 的详细序列,基于使用 RNA 折叠软件预测的二级结构生成了 ANRIL 功能区的不同片段。通过 RNA pulldown 测定,5'-区域(0-880 bp 和 881-1640 bp)被鉴定为与 ATR 蛋白结合所必需的。这些结果表明 ANRIL 在 N 端直接与 ATR 结合。

作为 DDR 中的关键激酶,ATR 可能解释了 ANRIL 在 DNA 损伤修复中发挥的关键作用。该研究通过在 ANRIL-KD 细胞中过表达 ATR 进行拯救实验,并在 ANRIL-OE 细胞中进行 ATR 敲低来改变 ATR 的表达。数据显示,ANRIL-KD 细胞中的 ATR 过表达显著提高了 DNA 修复和细胞存活的功效。然而,ANRIL-OE 细胞中的 ATR 敲低抑制了 DNA 修复和细胞存活。这些结果表明 ANRIL 直接结合并保护 ATR 免受泛素化介导的降解,然后,ANRIL 促进 HR 修复和抗癌。

总之,靶向 ANRIL 会导致 ATR 降解,这将进一步导致 HR 修复缺陷。因此,这些发现可以为实现新机制和获得潜在的治疗应用提供线索,不仅适用于放疗,也适用于与 ATR 相关 HR 修复相关的化疗。

参考消息:

https://molecular-cancer.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12943-021-01382-y

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