通过阻断负责修复的蛋白质来抑制侵袭性癌细胞
每个细胞都有两种修复DNA单链或双链断裂的机制，这可以由环境毒素、化疗或电离辐射等因素诱导。第一个由DNA修复基因BRCA1和BRCA2组成，而第二个是一种叫做聚(adp -核糖)聚合酶的酶，简称PARP1。健康细胞和恶性细胞都使用这些工具。它们最终会做同样的事情，并且可以相互替代。如果因为损伤太大而导致DNA修复失败，细胞就会启动它的自杀程序——凋亡——并摧毁自己。这一过程已成为癌症治疗的一个靶点。
携带BRCA1和/或BRCA2基因突变的人患某些类型肿瘤的风险非常高，尤其是乳腺癌、卵巢癌和乳腺癌前列腺癌．这些人缺乏其中一种工具，这就解释了为什么他们更容易发展癌细胞．这样的肿瘤细胞也只有一种工具——parp1来确保它们的存活。然而，brca1 /2相关肿瘤通常具有很强的侵袭性，很难治疗。因此，由马克斯Delbrück中心的克劳斯·沙伊德雷特教授领导的研究人员，他是该研究的最后一位作者，仔细观察了信号通路激活了PARP1酶。在这个过程中，他们发现了一种瞄准目标并使这个工具无用的方法。
为了防止DNA损伤后的细胞凋亡，一种叫做NF-κB的关键信号通路开始发挥作用。它开始转录基因在细胞核最终激活PARP1，使细胞能够修复损伤。通过逐个关闭基因，该研究的共同第一作者Ahmet Tufan和莱布尼兹- forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP)的Katina Lazarow筛选了整个人类基因组，寻找调节这一信号通路的基因。
为了做到这一点，他首先在基因组中引入了一种“测量基因”，这为荧光蛋白标签提供了蓝图。Tufan解释说:“在化疗药物依托泊苷诱导DNA损伤后的几个小时，细胞呈现绿色，因为NF-κB被激活了。”20,000个基因的样本中有很多都亮了，但有些没有。这是因为在这些样本中，一个在信号通路中起重要作用的基因显然被关闭了。
阻碍PARP1维修
但是哪一个呢?候选基因的数量是数千个——毕竟，NF-κB信号通路控制着广泛的细胞功能，如免疫反应。“我们利用生物信息学排除了那些在细胞中执行例行‘家务’任务的基因，然后让剩下的500个基因再次进行相同的程序。”研究小组再次使用依托泊苷诱导DNA损伤。Scheidereit说:“对于每个基因，我们使用细胞因子TNF-alpha进行了并行测试，它也激活了这一信号通路，但只在有炎症时发挥作用。”
在这之后，只剩下一小组基因。研究人员已经知道，其中一些是信号通路的一部分，而另一些不是。哪一个是最关键的?图凡利用算法在各种数据库中搜索线索。这些基因的产物在哪里和其他基因一起被提到?有没有任何论文声称有问题的蛋白质与其他蛋白质结合形成复合物?该团队还梳理了实验室自己的数据库。然后，他们突然发现了他们一直在寻找的东西:肿瘤易感基因101 (TSG101)。这种基因本身并不是一个新发现;它在细胞中扮演许多已知的角色。 But in this particular process, it binds to PARP1 as soon as the enzyme has docked at the site of damage. Then and only then can PARP1 itself become active.
“PARP1就像一把上了膛的枪，”Scheidereit说。“无论你只是抓细胞，对它们施加剪应力，还是完全粉碎它们，PARP1都会被激活。但如果细胞中没有TSG101，它就不起作用。可以说，它缺少了导火索。”研究人员能够使用荧光染色的PARP1在显微镜下实时观察发生了什么。在用激光烧毁细胞核上的小孔几秒钟后，PARP1从四面八方涌入细胞核，并与DNA损伤部位结合，细胞发出绿色的光。几分钟后，灯光变暗了。
惊人的观察
Scheidereit解释说:“PARP1修改自己，吸引其他辅助蛋白质进行必要的修复，然后分离自己。”然而，如果TSG101基因被关闭，PARP1就会以同样快的速度流入细胞核中DNA受损的部位——但绿光依然存在。PARP1无法从受损的DNA中挣脱出来。“在我在活细胞成像实验中所做的所有观察中，这是最令人惊讶的，”Tufan说。“在没有tsg101的细胞中，PARP1实际上被困在了DNA受损的位置。”
Scheidereit说:“通过这项研究，我们已经表明，使用PARP抑制剂和关闭TSG101具有相同的效果。”通过使用不同的乳腺癌细胞系，研究人员还能够在实验室中证明，没有TSG101基因的细胞在化疗后很快死亡。然而，死亡最快的细胞是那些带有BRCA1突变的细胞，因为它们不再有任何修复DNA的工具。
PARP抑制剂已经被用于某些癌症的治疗好几年了，例如，用于治疗乳腺癌患者被证实有BRCA突变Scheidereit说:“不幸的是，目前还没有开发出专门针对PARP1的单一抑制剂，因为有一整套PARP基因。”“然而，基于我们的研究结果，现在可以开始有针对性地寻找阻断TSG101与PARP1结合的治疗药物。”这项研究发表在在EMBO杂志因此，这可能为未来开发针对brca1 /2相关癌症的高效、更有针对性的治疗方法铺平道路。
