聚合酶θ（Pol θ）在DNA损伤修复中的多功能作用及其对癌症治疗的意义

《NAR Cancer》：Polymerase θ—what does it see, and why does it matter for cancer therapy?

本刊推荐：为解决BRCA基因缺陷癌症的治疗难题，研究人员针对聚合酶θ（Pol θ）在DNA损伤修复中的调控机制开展综述研究。文章系统阐述了Pol θ如何识别不同类型DNA损伤（包括常规双链断裂和复制应激相关损伤），揭示了其通过TMEJ通路修复的分子机制，并探讨了Pol θ抑制剂与PARP抑制剂联合应用的协同效应，为合成致死策略提供了新的理论依据。

　　

在癌症研究领域，DNA修复机制的异常一直是科学家们关注的焦点。特别是BRCA1/2基因突变的肿瘤细胞，它们往往依赖于替代性的DNA修复途径来维持基因组稳定性。聚合酶θ（Pol θ）作为一种独特的DNA修复因子，近年来因其在正常细胞和癌细胞中的功能差异而受到广泛关注。这种差异使得Pol θ成为癌症治疗中"合成致死"策略的理想靶点——抑制Pol θ能特异性杀死BRCA缺陷的癌细胞，而对正常细胞影响较小。

然而，Pol θ的生物学功能及其在BRCA缺陷癌症中的作用机制尚未完全阐明。发表在《NAR Cancer》上的这篇综述文章系统梳理了Pol θ的最新研究进展，重点探讨了该酶如何在不同细胞环境下识别和修复多种类型的DNA损伤。研究人员通过整合结构生物学、细胞生物学和分子生物学的研究方法，揭示了Pol θ功能的复杂调控网络。

关键技术方法包括：冷冻电镜技术解析Pol θ蛋白结构、单分子分析研究DNA末端配对机制、细胞周期特异性基因表达分析、以及基于CRISPR/Cas9的基因编辑模型。这些技术手段共同揭示了Pol θ在DNA修复中的独特作用。

Pol θ识别常规双链断裂的机制

研究表明，Pol θ通过其N端的解旋酶样结构域识别经过核酸切除处理的DNA末端。该结构域能够形成二聚体或四聚体，促进两个3'单链DNA末端的配对和微同源序列的比对。这一过程不依赖于经典的DNA修复蛋白Rad51，但需要BRCA1/2等同源重组相关因子的参与。有趣的是，同源重组通路并非与Pol θ介导的末端连接通路（TMEJ）竞争，而是协同促进修复过程。

复制应激相关损伤的修复机制

Pol θ在解决复制应激引起的DNA损伤中发挥关键作用，特别是在BRCA缺陷的细胞中。当DNA复制遇到障碍时，如G4结构、链间交联或蛋白质-DNA交联，Pol θ能够通过"引物迁移"机制重新启动DNA合成。这一过程涉及Pol θ与滞后链复制机器（包括Pol δ和PCNA）的直接相互作用，以及通过RHINO-TOPBP1-9-1-1复合物与下游Okazaki片段的连接。

细胞周期依赖的调控机制

Pol θ的活性受到细胞周期的严格调控。在G1期，Pol θ介导的修复活性较低，这归因于末端切除程度有限、Pol θ mRNA水平降低以及RHINO蛋白的降解。相反，在M期，Plk1激酶对Pol θ中心结构域的磷酸化促进了其与TOPBP1的相互作用，从而激活Pol θ的修复功能。这种M期特异性的激活在BRCA缺陷细胞的生存中尤为重要。

研究结论与讨论部分强调了Pol θ在DNA修复中的多功能性及其对癌症治疗的重要意义。该酶能够整合不同的细胞周期信号和DNA损伤环境，通过其模块化结构协调解旋酶样结构域和聚合酶结构域的活性。这种独特的机制使Pol θ能够解决其他修复机制无法处理的DNA损伤问题。

对于癌症治疗而言，深入了解Pol θ识别损伤的机制对于安全有效地使用Pol θ抑制剂至关重要。研究表明，Pol θ抑制剂与PARP抑制剂之间存在复杂的相互作用关系，这种关系取决于触发损伤的类型。此外，细胞周期检查点控制异常的癌症可能对Pol θ抑制更为敏感。

目前已有针对Pol θ聚合酶和解旋酶样结构域催化活性的抑制剂进入临床前研究阶段。随着对Pol θ功能机制的深入了解，未来可能需要在不同治疗背景下选择抑制不同的结构域。最终，机制研究与临床级Pol θ抑制剂的转化研究相结合，将充分发挥这一通路在癌症治疗中的潜力。

该研究为理解Pol θ在DNA修复中的复杂功能提供了重要见解，并为开发新的癌症治疗策略奠定了理论基础。特别是对于BRCA缺陷的癌症患者，Pol θ抑制剂可能提供一种有效的治疗选择，同时为克服现有治疗方法的耐药性提供了新的思路。