癌细胞在复制压力下存活的新机制
卡罗林斯卡学院的研究人员发现了一种新的分子机制，癌细胞通过这种机制保护自己免受癌基因诱导的复制压力的影响。研究人员提出了一种使这种保护机制失效的策略，可作为辅助癌症治疗的方法之一。
卡罗林斯卡学院的研究人员发现癌细胞通过一种新的分子机制来保护自己免受原癌基因诱导的复制压力的影响，并提出了一种使这种保护机制失效的策略。这项研究发表在科学杂志《Molecular Cell》上。
背景
癌基因诱导的复制应激(OIRS)的发生是癌症发展多步骤过程中常见的早期事件。癌基因如CYCLIN E或c-MYC的激活导致复制应激(RS)，表现为复制叉速度降低，通过解除细胞周期进程或转录程序导致复制叉瓦解和一端的双链断裂(DSB)。
在这种OIRS的背景下，CCNE1是研究最彻底的癌基因之一，因为它经常过表达并与不良患者预后相关。CYCLIN E是CDK2(周期素激酶cyclin-dependent kinase ）的激活因子，CYCLIN E的过表达可以缩短G1期，促进过早进入S期，减少许可复制起点的数量，同时增加激活复制起点的比例，导致转录和复制机制之间的冲突增加。CYCLIN E过表达还会导致复制叉减慢、复制叉逆转和核苷酸耗竭，最终导致G2/M和染色体不稳定期间DNA断裂和DNA损伤反应(DDR)激活。CYCLIN E诱导的复制应激，会导致激活Rad-3相关(ATR)激酶、以及下游的checkpoint kinase 1 (CHK1，调节多种RS反应途径，以限制DNA损伤并将未解决的复制中间体的核裂解过程限制在G2/M期)，这一观点得到了CYCLIN E过表达与ATR或CHK1抑制之间的合成致死相互作用（synthetic lethal interactions ）的支持，这种相互作用伴随着大量的DNA损伤，威胁到癌细胞的生存，与癌症治疗相关。但癌细胞如何抵消OIRS有害影响的途径仍然不完全清楚。由于临床上靶向CYCLIN E治疗癌症已被证明是有问题的，因此另一种靶向方法是针对让癌细胞在OIRS下能够存活的途径。
研究简介
范可尼贫血(Fanconi anemia, FA)信号通路是维持基因组完整性的关键途径之一，在复制应激(RS)下被激活。它通过募集和稳定DNA损伤反应(DDR)信号通路组分——如同源重组修复(HRR)蛋白BRCA1/2——修复DNA链间交联(ICLs)，从而对抗/抵消复制应激的关键作用。FA信号通路的关键蛋白：FANCD2和FANCI保护停滞的复制叉，并促进新复制起点的启动。
当复制叉停止时，FANCD2-FANCI (ID2)二聚体被招募到染色质上，夹住DNA，发生单泛素化。虽然二聚体夹住DNA是独立于FANCD2单泛素化发生，但这种修饰稳定了箝位构象，保护复制叉。一旦条件允许复制叉恢复，需要去泛素以重新打开复制叉——然而USP1-UAF1复合物（USP-1：去泛素化酶泛素特异性蛋白酶1；UAF1：USP1相关因子1 ）并不能让Ub-FANCD2-Ub-FANCI二聚体去泛素化。卡罗林斯卡学院的研究人员发现，是CHK1对关键通路蛋白FANCD2的磷酸化触发其FBXL12依赖性蛋白酶体降解，促进FANCD2在停滞的复制叉处的清除，这种机制对于复制恢复和细胞存活至关重要。这促进了在CYCLIN E和药物诱导的复制应激条件下有效的DNA复制。用磷酸化蛋白突变体构建的FANCD2缺陷成纤维细胞无法恢复复制叉进程。在缺乏FBXL12的情况下，FANCD2被困在染色质上，导致复制应激和过度的DNA损伤。
在人类癌症中，FBXL12、CYCLIN E和FA信号通路是正相关的，FBXL12的上调与高CYCLIN E表达乳腺肿瘤患者的生存率降低有关。FBXL12的缺失加剧了癌基因诱导的复制应激，并通过抑制WEE1使癌细胞对药物诱导的复制应激敏感。研究结果表明，FBXL12在CYCLIN e过表达的癌症中是一个易感性和潜在的治疗靶点。
• SCFFBXL12多泛素化并靶向染色质结合的FANCD2降解
• 在缺乏FBXL12的情况下，FANCD2被困住，阻碍了复制进程
• 在复制胁迫下，FANCD2磷酸脱氢蛋白突变体无法挽救叉的进程
• FBXL12对CYCLIN e过表达的癌细胞具有易感性
作者解释
这项研究揭示了一种意想不到的机制——负责在停止复制叉处移除关键DNA修复蛋白FANCD2。这使得DNA合成即使在升高的癌基因触发的复制压力(癌细胞固有的特征)存在的情况下也能不间断地进行。
“我们研究了这一过程在复制应激条件下是如何调节的，并提供了证据，证明SCF泛素连接酶受体FBXL12促进了FANCD2的蛋白酶体降解。当FBXL12缺失时，FANCD2被困在复制叉上，阻碍了复制进程和生存，特别是在具有高水平复制压力的癌细胞中，”Brunner是该研究的第一作者，来自卡罗林斯卡学院细胞和分子生物学学系。“我们的细胞面临着持续的DNA损伤，特别是在由细胞周期蛋白依赖性激酶(CDKs)控制的DNA合成过程中。CYCLIN E水平升高与侵袭性癌症类型和不利的患者预后相关，提出了固有的治疗挑战。从临床角度来看，CYCLIN E不是一个可行的药物靶点。我们的研究揭示了一种通过靶向为癌症基因组提供保护的途径来根除CYCLIN E过表达的癌细胞的替代策略。”
该研究的资深作者Olle Sangfelt表示：“我们通过筛选过度表达CYCLIN E的癌细胞中调节复制恢复的基因来启动这项研究，并确定FBXL12是一个突出的候选者。利用个体DNA分子和复制轨迹的高分辨率显微镜，我们接下来研究了FBXL12如何影响复制叉动力学。在证明FBXL12的缺失阻断了DNA合成，导致CYCLIN E过表达细胞的DNA损伤和细胞死亡后，我们分析了FBXL12相互作用蛋白的蛋白质组，并鉴定了FANCD2。通过深入的分子和生化分析，我们发现了FBXL12-FANCD2信号在支持经历高水平复制应激的癌细胞存活方面的关键作用。”“基于我们的发现，我们提出FBXL12-FANCD2信号通路的破坏使过度表达CYCLIN E的细胞无法存活，并假设靶向这一途径，与其他诱导复制应激的癌症药物一起，可能为没有升高复制应激水平的癌症类型提供可行的治疗途径。”我们正在进行的研究将深入识别和研究破坏FBXL12-FANCD2信号的化合物，最终释放复制压力对癌细胞的致命潜力。”
多年来，Olle Sangfelt的实验室已经确定并描述了几种在多种癌症相关过程中发挥普遍作用的SCF泛素连接酶，目前的研究建立在与美国和芬兰研究小组的长期合作基础上。
参考文献
FBXL12 degrades FANCD2 to regulate replication recovery and promote cancer cell survival under conditions of replication stress.
