USP10-PARP1轴通过去泛素化-PARylation正反馈环路促进DNA损伤修复并影响PARP1抑制剂疗效

为解决PARP1抑制剂在乳腺癌治疗中疗效受限的问题，研究人员开展了USP10-PARP1调控轴在DNA损伤修复中的作用机制研究。研究发现，DNA损伤通过ROS信号触发USP10依赖ATM磷酸化去泛素化PARP1（K418位点），而PARP1介导的USP10 PARylation（D634/D645/E648位点）进一步激活USP10去泛素化活性，形成正反馈环路。该机制在乳腺癌组织中高表达且与PARP1抑制剂敏感性相关，USP10抑制剂Spautin-1可显著增强PARP1抑制剂疗效。研究为改善PARP1靶向治疗提供了新策略。

　　

乳腺癌治疗面临的关键挑战是PARP1抑制剂（如Olaparib）的疗效受限于肿瘤异质性和PARP1高表达。尽管PARP1通过聚ADP核糖化（PARylation）招募修复因子（如XRCC1）促进单链断裂修复（SSBR），但其稳定性和激活机制尚不明确。中国医科大学等机构的研究团队发现，DNA损伤诱导的活性氧（ROS）通过ATM激酶磷酸化去泛素化酶USP10（Thr42/Ser337位点），使其特异性去除PARP1第418位赖氨酸（K418）的泛素化修饰，从而稳定PARP1。反之，PARP1对USP10的D634/D645/E648位点进行PARylation修饰，增强其去泛素化活性，形成正反馈环路。该机制在乳腺癌组织中高度活跃，且USP10抑制剂Spautin-1可协同PARP1抑制剂诱导肿瘤细胞凋亡。研究发表于《Oncogene》，为克服PARP1抑制剂耐药提供了新靶点。

研究采用质谱分析筛选PARP1互作蛋白，通过GST pull-down和免疫共沉淀（Co-IP）验证USP10-PARP1相互作用；利用点突变（如USP10-3A突变体）和泛素化分析明确K418为关键位点；通过彗星实验（Comet assay）和PAR结合实验证实DNA修复功能；结合TCGA数据库分析临床相关性，并利用裸鼠移植瘤模型验证Spautin-1的增敏作用。

USP10 interacts with PARP1
质谱和Co-IP证实USP10直接结合PARP1的C端催化结构域，而PARP1结合USP10的C端区域（601-798aa）。

USP10 stabilizes PARP1
过表达USP10延长PARP1半衰期，而抑制剂Spautin-1或敲低USP1O加速其降解。临床样本显示USP10与PARP1表达呈正相关（r=0.332）。

USP10 deubiquitinates PARP1 at K418
体外去泛素化实验和位点突变（K418R）证实USP10特异性去除PARP1 K418泛素化，其他位点（如K131R）无此效应。

PARP1 mediates PARylation of USP10
HU处理诱导USP10 PARylation，而PARP1敲除或抑制剂Olaparib抑制该修饰。PAR结合实验显示USP10直接结合PAR聚合物。

DNA damage generates ROS-ATM-USP10 axis
羟基脲（HU）和H₂O₂通过ROS-ATM途径增强USP10-PARP1互作，NAC（抗氧化剂）或ATM敲低可阻断此效应。

PARylation-defective mutant impairs DNA repair
USP10-3A突变体（D634A/D645A/E648A）无法促进XRCC1等修复因子的PARylation，导致彗星实验尾矩增加和细胞存活率下降。

USP10 inhibitor sensitizes PARP1 inhibitor
Spautin-1联合Olaparib使MCF7细胞凋亡率提升2倍，TCGA分析显示低USP10表达患者对Olaparib响应更佳（HR=0.36）。

该研究揭示了USP10-PARP1正反馈环路是DNA损伤修复的核心调控机制，阐明了PARP1抑制剂疗效差异的分子基础。通过靶向USP10破坏该环路，可克服PARP1高表达导致的治疗抵抗，为乳腺癌精准治疗提供新组合策略。研究首次将去泛素化与PARylation修饰的协同效应纳入DNA修复调控网络，拓展了PARP1抑制剂的应用前景。