家族性乳腺癌治疗中对PARP抑制剂抗药性的机制研究

About 10 percent of hereditary breast and varian cancers are led by BRCA mutation. A major breakthrough in targeted treatment of BRCA1/2-mutant cancers is the use of poly(ADP-ribose) polymerase (PARP) inhibitors (PARPi), which display "synthetic lethality" with BRCA1 or BRCA2 deficiency. However, doubly deficient BRCA-/-53BP1-/- cells or tumors at least partially restore HR repair capacity and therefore become resistant to PARPi, suggesting that loss of 53BP1 permits functional restoration of HR-mediated repair and results in "synthetic viability". More importantly, BRCA1/53BP1 double mutant has been identified in breast cancer patients, indicating that this is likely to be one scenario how drug resistance may arise during the treatment for breast cancer. 53BP1 may represent a candidate biomarker for predicting the response of HR-defective tumors to PARPi. Thus, it is important to understand: 1) mechanistically how 53BP1 loss restores HR and resistance to PARP inhibition in BRCA1-deficient tumors; 2) how to effectively treat BRCA1-deficient tumors that are also defective in 53BP1 expression or 53BP1-dependent pathway. These are important questions that are relevant to genome instability, carcinogenesis and anti-cancer therapies.

大约有10%的乳腺癌和卵巢癌是由于乳腺癌易感基因BRCA突变所导致的家族性恶性肿瘤。BRCA突变的乳腺癌细胞与其他类型乳腺癌细胞相比，有高达一千倍的对PARP抑制剂的敏感性，使其成为了一种新的可供选择的个体化癌症治疗方案。然而最近的研究显示，部分患者由于丢失53BP1/PTIP表达会产生耐药。BRCA1和53BP1这两个蛋白分别控制着两种DNA损伤修复机制：同源重组和非同源末端连接。这两种修复机制之间的竞争与平衡，决定了细胞是否癌变和对化疗的敏感性。本项目的前期工作表明，非同源末端连接修复途径中的核酸酶Artemis是影响BRCA缺陷的乳腺癌细胞对PARP抑制剂抗药性的决定性因素。我们将通分子生物学、细胞生物学和结合动物实验，阐明Artemis影响BRCA突变的乳腺癌细胞对PARP抑制剂抗药性的分子机制，从而加深我们对DNA 损伤修复途径的理解，为发现新的抗癌靶点提供探索方向。

大约有10%的乳腺癌和卵巢癌是由于乳腺癌易感基因BRCA突变所导致的家族性恶性肿瘤。BRCA突变的乳腺癌细胞与其他类型乳腺癌细胞相比，有高达一千倍的对PARP抑制剂的敏感性，使其成为了一种新的可供选择的个体化癌症治疗方案。然而最近的研究显示，部分患者由于丢失53BP1/PTIP表达会产生耐药。BRCA1和53BP1这两个蛋白分别控制着两种DNA损伤修复机制：同源重组和非同源末端连接。这两种修复机制之间的竞争与平衡，决定了细胞是否癌变和对化疗的敏感性。本项目，非同源末端连接修复途径中的核酸酶Artemis是影响BRCA缺陷的乳腺癌细胞对PARP抑制剂抗药性的决定性因素。53BP1下游蛋白PTIP对Artemis核酸酶的招募是NHEJ和HR两条途径平衡的关键因素之一，如果Artemis发生缺陷或者不能被PTIP招募到DNA损伤位点，会导致BRCA1缺陷的肿瘤对PARPi产生抗药性。.53BP1与BRCA1竞争性结合DNA双链断裂位点，并拮抗BRCA1介导的同源重组修复，如果53BP1不能准确定位于DNA损伤位点，则会导致BRCA1突变肿瘤细胞对PARPi产生抗药性，因此研究53BP1如何准确识别并被招募到DNA断裂位点至关重要。该项目进一步通过蛋白修饰组学技术分析在DNA损伤后53BP1蛋白质翻译后修饰的变化情况，出乎意料发现尽管53BP1的大部分翻译后修饰如磷酸化修饰在DNA损伤后会增加，但是酰基化修饰则在DNA损伤后急剧下降。.为了明确K1626/1628发生酰基化的生理学意义，本团队在53BP1基因敲除细胞中重建了野生型、酰基化突变型（KR）、和过酰基化突变型（KQ）53BP1，惊奇的发现KQ突变的53BP1不能及时准确的定位到DNA断裂位点，而BRCA1缺陷肿瘤细胞若出现KQ突变则会对PARPi产生明显的抗药性，证明53BP1-UDR的酰基化修饰是决定BRCA1缺陷细胞产生抗药性的关键因素之一。.总之，该项目阐明了CBP/HDAC2共同调控53BP1-Tudor结构域的K1626/1628位点的酰基化修饰，调节非同源末端修复和同源重组修复的活性，从而决定了DNA双链断裂修复途径的选择。