DNA断裂连接机制中PARP1/2与DNA连接酶的协同作用及其在癌症治疗中的潜在应用

本研究聚焦DNA单链断裂(SSB)和双链断裂(DSB)修复过程中，PARP1/2介导的聚ADP-核糖化(PAR)与DNA连接酶(LigI/IIIα/IV)的分子互作机制。研究人员系统阐述了PARP1/2通过合成PAR信号招募XRCC1-LigIIIα复合物至SSB位点的经典途径，并首次揭示该通路在LigI缺陷情况下仍能完成冈崎片段连接的备份功能。研究进一步探讨FDA批准的PARP抑制剂对DNA修复的干扰机制，为开发靶向DNA连接酶的癌症治疗策略提供理论依据。

　　

DNA是生命遗传信息的载体，其稳定性对细胞存活至关重要。然而，电离辐射、复制错误等多种因素每天都会导致数以万计的DNA断裂，其中单链断裂(SSB)和双链断裂(DSB)是最危险的损伤类型。尽管细胞进化出了精密的修复系统，但修复过程中的分子机制仍存在诸多未解之谜。特别是在DNA断裂连接的最后一步，三种DNA连接酶(LigI、LigIIIα、LigIV)如何被精确招募至损伤位点？PARP1/2介导的PAR信号如何调控这一过程？这些问题的解答对理解癌症等疾病的发病机制具有重要意义。

美国新墨西哥大学综合癌症中心的研究人员通过系统分析现有证据，揭示了PARP1/2与DNA连接酶在DNA复制和修复中的复杂互作网络。研究发现，在经典的SSB修复途径中，PARP1/2通过合成PAR链作为分子"信号旗"，吸引XRCC1-LigIIIα复合物至损伤位点。更令人惊讶的是，这条通路在冈崎片段连接中展现出强大的备份能力——即使在LigI功能正常的细胞中，PARP1/2-XRCC1-LigIIIα途径也能有效完成滞后链的缝合工作。这些发现发表在《DNA Repair》期刊，为开发新型抗癌药物提供了多个潜在靶点。

研究主要采用分子生物学技术分析蛋白质互作，包括免疫共沉淀鉴定PARP1与DNA连接酶的复合物，以及基于N. crassa内切酶的特异性SSB诱导系统。此外，通过CRISPR-Cas9基因编辑构建LigI缺陷细胞模型，结合DNA纤维分析技术追踪复制叉动态。

【背景】
DNA损伤来源多样，从直接断裂到复制-转录冲突均可产生SSB和DSB。PARP1/2作为DNA损伤传感器，通过PARylation（聚ADP-核糖化）快速响应断裂信号。

【核DNA单链断裂修复】
特异性SSB诱导系统证实，XRCC1作为支架蛋白，通过其PAR结合域将LigIIIα锚定至PAR修饰的断裂位点。PARP2在此过程中发挥辅助作用，但其具体贡献仍需进一步阐明。

【核DNA复制】
46BR.1G1细胞系研究显示，LigI催化缺陷导致冈崎片段连接障碍。意外发现PARP1/2-XRCC1-LigIIIα通路可完全补偿这一缺陷，甚至在野生型细胞中也持续参与滞后链合成。

【核DNA双链断裂修复】
PARP1通过形成相分离 condensates（凝聚体）将断裂末端聚集，随后通过PAR信号决定修复路径选择——是启动同源重组(HR)还是非同源末端连接(NHEJ)。

【PARP和DNA连接酶抑制剂】
FDA批准的PARP抑制剂通过"合成致死"效应杀死BRCA缺陷肿瘤细胞。研究发现这些抑制剂还能干扰LigIIIα的备份功能，提示联合靶向PARP和DNA连接酶的治疗潜力。

研究结论强调，PARP1/2与DNA连接酶的协同作用构成多层次修复网络：在SSB修复中起主导作用，在DNA复制中提供冗余保障，在DSB修复中参与早期调控。特别值得注意的是，PARP抑制剂不仅阻断SSB修复，还可能通过抑制LigIIIα的备份功能增强复制压力。这些发现为理解化疗耐药机制提供了新视角——肿瘤细胞可能通过激活替代修复通路（如LigIIIα依赖途径）逃避PARP抑制剂杀伤。

Alan E Tomkinson团队获得的专利(US 9,132,120 B1)显示，靶向异常DNA修复（特别是针对治疗抵抗性乳腺癌和胰腺癌）已成为转化医学的重要方向。随着DNA连接酶特异性抑制剂的开发，未来可能出现更精准的组合治疗方案，为难治性癌症患者带来新希望。