华人学者Nature子刊报道对抗肿瘤耐药性的分子

目前，由美国特拉华大学化学和生物化学系的庄志豪博士带领的研究小组发现，一个去泛素化酶（deubiquitinase，DUB）复合物——USP1-UAF1，可能是DNA损伤反应的一个关键调节因子，并且可能是克服铂对某些抗癌药物耐药性的一个靶点。相关研究结果发表在最近的《Nature Chemical Biology》杂志。

　　

生物通报道：泛素化作用（ubiquitination），是一种小分子肽，也就是泛素连接到一个蛋白质上，并改变蛋白功能和细胞中的位置的过程。泛素化的开拓性研究，开始于20世纪70年代和80年代，最开始研究人员认为泛素只是一种针对不需要或有害蛋白的一个“摧毁”信号，但是后来发现这个小分子与许多其它分子功能有关，在蛋白翻译后修饰过程中扮演了重要角色，几乎参与了细胞中所有的功能作用，包括人体如何处理内部和外部因素对其DNA的攻击。2004年，以色列科学家Aaron Ciechanover、Avram Hershko和美国科学家Irwin Rose因发现了泛素调节的蛋白质降解过程而获得了诺贝尔化学奖，至今，这一领域仍然吸引着许多科学家的关注，如：Cell：去泛素化与膜蛋白调控机制。

然而，虽然在诺贝尔奖之后的十年以来，泛素化的重要作用已经受到了很多的关注，但对于去泛素化作用的了解仍然较少。

目前，由美国特拉华大学化学和生物化学系的副教授庄志豪（Zhihao Zhuang）博士带领的研究小组发现，一个去泛素化酶（deubiquitinase，DUB）复合物——USP1-UAF1，可能是DNA损伤反应的一个关键调节因子，并且可能是克服铂对某些抗癌药物耐药性的一个靶点。相关研究结果发表在最近的《Nature Chemical Biology》杂志。

我们的DNA经常受到紫外线、辐射、工业致癌物和其他环境因素以及内源性过程（如氧化和水解作用）的不断攻击。但是，我们的身体也有办法来修复这些损伤，或在修复策略开启之前临时忍耐这些攻击。

庄博士带领的研究小组对一种称为跨损伤合成（translesion synthesis，TLS）的DNA损伤耐受机制（DNA damage tolerance mechanism）特别感兴趣，在这种机制中，TLS聚合酶在受损的核碱基上合成DNA，其次在损伤后进行正常的复制。

问题在于，尽管TLS聚合酶一般都是“好家伙”，但它们也有阴暗的一面——它们可使癌细胞对某些癌症药物产生耐药性，包括顺铂（cisplatin），其通常用于治疗已经扩散的睾丸癌、膀胱癌和卵巢癌。

庄博士解释道：“像顺铂这样的抗癌药物，通过损害DNA进而阻止癌细胞进行基因组DNA复制和细胞分裂而发挥作用。然而，癌细胞可快速产生对顺铂的耐药性，我们和其他研究人员认为，一种称为Polη的聚合酶参与克服了顺铂诱导的损伤。”

所以，在正常情况下Polη是一个好家伙——实际上，它在DNA凹坑上铺平道路，直到路面平铺到另一面。但是，当道路畅通使癌细胞能够保持前行时，它就变成了“坏家伙”。

现在，庄博士及其团队发现了一种新分子——ML323，能够抑制这些过程，例如TLS，它可能被癌细胞劫持以克服基因组DNA上的路障。

庄博士称：“我们利用ML323，研究了对DNA损伤的细胞反应，为去泛素化在TLS路径和另一种称为范可尼贫血（Fanconi anemia，FA）路径中的作用，提供了新的见解。一个单一的分子可有效地抑制USP1-UAF1 DUB复合物，并破坏两种基本的DNA损伤耐受路径，这使我们很受鼓舞。”

这一发现可能为临床医生对抗癌症带来了新武器。庄博士指出：“我们使肺癌细胞只暴露于顺铂，或暴露于顺铂和ML323的组合，半最大效应浓度（EC50）出现了接近于数量级的降低，EC50是当使用组合时小分子药物效力的一个常用公测度。这告诉我们，抑制剂可有效地恢复顺铂对抗癌细胞的能力。此外，ML323增强了顺铂在非小细胞肺癌和骨肉瘤细胞中的细胞毒性。这些发现表明，USP1-UAF1是DNA损伤反应的一种关键调节因子，也是客服铂抗癌药物耐药性的一个靶点。”

他补充说：“当前，为了使癌症治疗更有效，癌症疗法越来越多地转向联合疗法，这种疗法对正常细胞的毒性更小。我认为，这项研究的结果表明，USP1-UAF1 DUB抑制剂不仅显示出对抗癌症的潜力，而且还有助于我们研究DNA损伤反应的复杂生物学。”

这项研究论文，自从发表以来，已被几个杂志选为一大亮点，许多人已经与庄博士联系表达对这项工作的兴趣。（生物通：王英）

注：庄志豪，博士，现为美国特拉华大学（University of Delaware）化学与生物化学系助理教授。1997年，四川大学获得学士学位，2003年，美国新墨西哥（New Mexico）大学获博士学位，随后在宾夕法尼亚州立大学作博士后研究。目前从事化学、生物学与医学的交叉学科研究，通过与人类癌症相关的泛激素的翻译后修饰和真菌DNA损伤的响应探索其化学和生物学机制，研究在蛋白可逆泛素化和DNA跨损伤合成中的酶的功能、结构和调控以及蛋白复合物。承担美国国家科学基金等多项课题，已发表40余篇具有较大影响力的研究论文。

生物通推荐原文摘要：
A selective USP1–UAF1 inhibitor links deubiquitination to DNA damage responses
Abstract：Protein ubiquitination and deubiquitination are central to the control of a large number of cellular pathways and signaling networks in eukaryotes. Although the essential roles of ubiquitination have been established in the eukaryotic DNA damage response, the deubiquitination process remains poorly defined. Chemical probes that perturb the activity of deubiquitinases (DUBs) are needed to characterize the cellular function of deubiquitination. Here we report ML323 (2), a highly potent inhibitor of the USP1–UAF1 deubiquitinase complex with excellent selectivity against human DUBs, deSUMOylase, deneddylase and unrelated proteases. Using ML323, we interrogated deubiquitination in the cellular response to UV- and cisplatin-induced DNA damage and revealed new insights into the requirement of deubiquitination in the DNA translesion synthesis and Fanconi anemia pathways. Moreover, ML323 potentiates cisplatin cytotoxicity in non–small cell lung cancer and osteosarcoma cells. Our findings point to USP1–UAF1 as a key regulator of the DNA damage response and a target for overcoming resistance to the platinum-based anticancer drugs.