《Nature》科学家们发现了针对难以治疗的癌症的新方法

Nature：The RAD52 double-ring remodels replication forks restricting fork reversal

爱荷华大学领导的一项研究揭示了DNA修复蛋白RAD52在结合和稳定分裂细胞中复制的DNA时令人惊讶的结构。这一对RAD52-DNA复合体结构和功能的新见解，可能有助于开发新型抗癌药物。

　　

RAD52的双环，线轴状结构保护复制DNA在分裂细胞中。

爱荷华大学领导的一项研究揭示了DNA修复蛋白RAD52的惊人结构，因为它可以结合并稳定分裂细胞中复制的DNA。这种对RAD52-DNA复合物结构和功能的新认识可能有助于开发新型抗癌药物

“RAD52是治疗具有DNA修复缺陷的癌症（包括乳腺癌、卵巢癌和某些胶质母细胞瘤）的热门药物靶点”，爱荷华大学卡弗医学院生物化学和分子生物学教授、该研究的资深作者Maria Spies博士解释说，该研究于4月2日发表在《自然》杂志上。“这种蛋白是新抗癌药物的有吸引力的靶点，因为在健康人体细胞中，RAD52并非必需，但在DNA修复功能有缺陷的癌细胞中，RAD52变得至关重要，例如那些BRCA1和BRCA2基因有缺陷的细胞。”

具有DNA修复缺陷的癌症依赖于替代蛋白来补偿受损的修复途径，从而在持续的DNA损伤下实现快速生长和存活。RAD52就是这样的备用蛋白之一。因此，抑制RAD52功能的分子可能为治疗这些癌症提供有效的策略。

研究表明，RAD52抑制剂可以选择性地杀死癌细胞，并最大限度地减少与放疗和化疗相关的毒性。这种能力类似于首批获批用于治疗BRCA1/2缺陷癌症的药物——所谓的PARP（聚腺苷二磷酸核糖聚合酶）抑制剂的作用，这些药物目前已在临床使用。尽管近15%接受PARP抑制剂奥拉帕利治疗的患者在五年多后仍无疾病，但许多人会在第一年内产生耐药性。

“单独或与PARP抑制剂联合靶向RAD52，将增加可用疗法的种类。”Spies说，“然而，要开发能够抑制癌细胞中RAD52的药物，我们首先需要了解RAD52在分子、结构和细胞水平上的功能。”

一种新的形状揭示了药物治疗的可能目标

事实上，RAD52在正常人类细胞中似乎是可有可无的，但对于经历DNA修复缺陷的癌细胞的生存却是必不可少的，这既是一种优势，也是一种挑战。其优点是，抑制RAD52可以杀死癌细胞，同时对患者的健康细胞产生最小的负面影响。挑战在于弄清楚RAD52的哪些功能和特性应该成为目标。

在这项新研究中，Spies和她的UI团队与意大利罗马高等卫生学院分子医学教授Pietro Pichierri博士和UI药学院药物发现和实验治疗学教授M. Ashley Spies博士合作，发现了有关RAD52的结构和功能信息，这些信息可能有助于他们开发新的特定方法来抑制这种蛋白质。

双环结构保护DNA

Spies和Pichierri先前已经发现RAD52在保护停滞的DNA复制分叉中很重要。他们的研究表明，RAD52的这种新功能促进了癌细胞的存活。

在这项新研究中，Spies的团队使用低温电子显微镜（CryoEM）显示RAD52蛋白质形成了一个意想不到的线轴状结构，由RAD52的两个环组成，每个环含有11个拷贝的蛋白质，它连接“DNA复制叉”的所有三个臂，重新排列叉结构，并保护它免受过度降解。

为了获得这幅图像，研究小组创造了一个DNA底物，它类似于一个停滞的DNA复制叉。底物通过将两个环与所有三个DNA臂结合在一起来固定RAD52复合体。单链和双链DNA特征都与RAD52相互作用，并将结构固定在适当的位置，使团队能够获得整个蛋白质-DNA复合物的详细3D结构。

利用Spies实验室内置的专用显微镜，研究人员还能够在单分子水平上监测RAD52-DNA的交易，揭示分叉保护是通过动态蛋白质- dna相互作用发生的。

Spies说：“虽然以前已经观察到单环结构，但这是第一次在DNA上显示两个环在一起，做一些意想不到的事情。这种新结构为蛋白质的哪些重要区域可以成为未来药物发现的目标提供了线索。”

以RAD52为靶点，研发新的抗癌药物

Spies的团队已经有了结合和抑制RAD52的小分子，但要将这些分子开发成可测试的药物，还需要进一步改进和修饰，使它们更有效、更特异。

Spies实验室的结构和生物物理工作的结果得到了计算研究和罗马皮切里小组的基于细胞和超分辨率成像的补充。总之，实验室的努力揭示了双环RAD52结构对其作为DNA复制守门人的能力和癌细胞存活的重要性。

“这项工作和我们在这项研究中获得的结构-活性知识为了解RAD52的活性和调控奠定了基础，并为其抑制提供了新的靶点，”Spies说。“希望这些信息能帮助我们开发出这种蛋白质的新抑制剂，并挖掘RAD52作为抗癌药物靶点的潜力。”