D-2-羟基戊二酸通过表观遗传重编程损害DNA修复的分子机制研究

为解决IDH突变肿瘤中DNA修复缺陷的分子机制问题，研究人员开展D-2-HG（D-2-羟基戊二酸）通过抑制TET1/2活性导致CTCF介导的染色质结构失调、进而阻碍同源重组修复（HR）的研究。结果表明，D-2-HG通过诱导CpG岛高甲基化削弱CTCF与DNA损伤位点结合，破坏BRCA2/RAD51修复复合体招募，揭示了“BRCAness”表型的表观遗传基础，为IDH突变肿瘤的靶向治疗提供新策略。

　　

癌症代谢异常与基因组不稳定性之间的关联一直是肿瘤研究的核心问题。IDH1/2突变导致D-2-羟基戊二酸（D-2-HG）积累，已知其通过抑制α-酮戊二酸（αKG）依赖的双加氧酶（如TET家族）诱发表观遗传紊乱，但D-2-HG如何直接干扰DNA修复的机制尚不明确。尤其IDH突变肿瘤表现出对PARP抑制剂的敏感性（“BRCAness”），但其背后的染色质结构调控机制亟待揭示。美国国立卫生研究院国家癌症研究所的Fengchao Lang、Chunzhang Yang团队在《Nature Communications》发表研究，阐明了D-2-HG通过抑制TET1/2介导的CTCF功能，破坏染色质高级结构从而阻碍DNA修复的全新机制。

研究采用多种关键技术：1）基于DRGFP报告系统的同源重组（HR）效率检测；2）激光显微照射结合免疫荧光分析DNA损伤位点蛋白招募；3）染色质构象捕获（4C-seq）揭示IDH突变对染色质互作的影响；4）患者来源的胶质瘤干细胞（GSCs）模型验证临床相关性；5）邻近连接实验（PLA）和共免疫沉淀（Co-IP）解析修复复合体动态组装。

D-2-HG通过抑制TET1/2损害HR修复
研究发现IDH1^R132H突变或外源D-2-HG处理显著延长γH2A.X（DNA损伤标志）焦点存留时间，但不影响非同源末端连接（NHEJ）。通过DRGFP报告系统证实D-2-HG抑制HR效率，而αKG或TET1/2过表达可逆转此效应。TET1/2敲除（KO）加剧TMZ（替莫唑胺）诱导的DNA断裂，证实TET1/2是HR修复的关键调控因子。

CTCF招募障碍是修复缺陷的核心机制
MeDIP/hMeDIP分析显示，D-2-HG导致DNA损伤位点5mC（5-甲基胞嘧啶）堆积和5hmC（5-羟甲基胞嘧啶）丢失，伴随CTCF结合减少。显微辐射实验证实CTCF在损伤位点的招募依赖于TET1/2活性。ChIP-qPCR时序分析揭示CTCF缺失会阻断BRCA2/RAD51后续招募，形成“CTCF-BRCA2-RAD51”级联失效。

染色质结构动态失调的分子证据
4C-seq发现IDH1^R132H突变细胞中，AsiSI诱导的DNA断裂位点周围染色质互作显著减弱。CTCF敲低或TET1催化结构域（CD）突变体均无法恢复互作，表明D-2-HG-TET1/2-CTCF轴通过调控拓扑关联域（TAD）重塑影响修复微环境。

临床前模型的转化意义
在患者来源的胶质瘤干细胞（BT054/BT142）中，TET1/2过表达显著减少γH2A.X焦点并增强RAD51招募。AG-120（IDH1抑制剂）可逆转TMZ敏感性，提示靶向代谢-表观遗传交叉调控的治疗潜力。

该研究首次阐明D-2-HG通过“代谢物-TET1/2-CTCF-染色质结构”级联反应破坏DNA修复的完整机制，不仅解释了IDH突变肿瘤的“BRCAness”特性，还为联合PARP抑制剂或表观遗传调节剂的精准治疗提供理论依据。未来研究可进一步探索CTCF介导的染色质重塑在其它代谢异常肿瘤中的普适性，以及靶向修复复合体组装的新型抗癌策略。