揭秘 CBP：调控 DNA 损伤修复的关键 “钥匙”，为癌症治疗带来新曙光

《Genome Biology》：The histone acetyltransferase CBP participates in regulating the DNA damage response through ATM after double-strand breaks

在 DNA 损伤响应（DDR）机制尚未完全明晰的背景下，研究人员开展了关于组蛋白乙酰转移酶 CBP 在 DNA 损伤后通过 ATM 调节 DDR 作用的研究。结果发现 CBP 参与 ATM 激活和 DNA 双链断裂修复，这为癌症治疗中调控细胞对 DNA 损伤剂的反应提供了潜在靶点。

　　在生命的微观世界里，DNA 就像一本记录着遗传信息的珍贵书籍，然而，它却时刻面临着各种 “破坏” 的威胁。无论是细胞内部产生的活性氧物质，还是外部的化疗、放疗等手段，都可能对 DNA 造成损伤，进而影响基因组的稳定性，引发各种疾病，其中就包括令人谈之色变的癌症。一直以来，科学家们都在努力探寻 DNA 损伤后的修复机制，虽然已经取得了不少成果，但仍有许多关键环节尚未完全明晰。例如，在 DNA 双链断裂（DSB）发生后，共济失调毛细血管扩张突变（ATM）蛋白虽然在损伤反应通路中起着核心作用，可其激活的起始过程却迷雾重重，同时，MRN 复合物对 ATM 激活的必要性也存在争议。此外，组蛋白乙酰转移酶（HATs）和组蛋白去乙酰化酶（HDACs）在 ATM 信号传导中的作用逐渐受到关注，其中 HATs 对 ATM 乙酰化水平的调控至关重要，但具体的调控机制和参与的蛋白仍有待深入研究。

为了揭开这些谜团，来自阿联酋大学医学与健康科学研究所（Research Institute for Medical and Health Sciences, University of Sharjah）、德国汉堡大学医学中心（University Medical Center Hamburg-Eppendorf）等机构的研究人员开展了一项深入研究。他们将目光聚焦于 CREB 结合蛋白（CBP），一种在细胞生长、分化、凋亡等众多关键过程中都发挥着重要作用的组蛋白乙酰转移酶，试图探究 CBP 在 DNA 损伤反应，尤其是 ATM 激活通路中的具体作用。经过一系列严谨的实验和分析，研究人员发现，CBP 在 DNA 损伤响应中扮演着不可或缺的角色，这一发现为癌症治疗领域带来了新的希望和方向。该研究成果发表在《Genome Biology》杂志上。

研究人员在本次研究中主要运用了以下关键技术方法：利用 CRISPR-Cas9 技术构建 CBP 基因敲除（KO）细胞系，精准敲除细胞中的 CBP 基因；通过免疫沉淀技术，特异性地富集与 CBP 或 ATM 相关的蛋白复合物，分析其相互作用和修饰情况；借助免疫印迹技术，对细胞中各类蛋白的表达水平和修饰状态进行检测；运用共聚焦显微镜，直观观察细胞内蛋白的定位和相互作用情况。同时，研究使用了多种细胞系，包括乳腺癌细胞系 MCF7、T47D、BT549 以及肺癌细胞系 A549 等，还利用了来自头颈部癌症患者的 ATM 缺陷细胞系 SKX。

下面来看具体的研究结果：

• CBP 蛋白在 DNA 损伤时稳定并招募至 DSB 位点：研究人员选取了 luminal 型乳腺癌细胞系 MCF7 和 T47D，用阿霉素（DOX）处理后发现，CBP 蛋白水平呈时间依赖性增加，且其下游靶标 p53 在赖氨酸 382 位点的乙酰化水平也随之上升。其他 DNA 损伤剂如顺铂（CIS）、丝裂霉素 C（MMC）和依托泊苷（ETOP）处理后，同样观察到 CBP 蛋白水平的变化。进一步研究发现，DNA 损伤会降低 CBP 的降解速率，使其稳定性增强。利用邻近连接分析（PLA）技术，研究人员证实 CBP 会在 DNA 损伤后与 γH₂AX（DSB 的标记物）共定位，且与下游效应蛋白 53BP1 的相互作用也增强，表明 CBP 主要在 DNA 损伤时被招募到 DSB 位点。
• CBP 下调损害 DNA DSB 修复：通过小干扰 RNA（siRNA）和 CRISPR-Cas9 技术分别敲低和敲除 CBP 后，研究人员发现，DOX 处理 8 小时后，细胞中 γH₂AX 焦点数量显著增加，中性彗星实验也显示 CBP 缺陷细胞的 DNA 修复能力受损。克隆形成实验表明，CBP 敲低或敲除的细胞对 DOX 更为敏感，这些结果表明 CBP 对 DNA DSB 修复至关重要。
• CBP 参与 DNA 损伤时的 ATM 激活：研究发现，CBP 敲低会抑制 DOX 诱导的 ATM 在 S1981 位点的磷酸化，减少 p-ATM 焦点的形成，同时降低 ATM 下游蛋白 Chk2 和 p53 的磷酸化水平，进而影响 p21 的表达。免疫组化染色结果显示，乳腺癌组织中 CBP 表达与 ATM 磷酸化呈正相关，表明 CBP 在促进 ATM 激活及其下游信号传导中发挥关键作用。
• CBP 在 DNA DSB 修复中的作用依赖于 ATM：使用 ATM 抑制剂 KU55933 处理 CBP 敲低的细胞后，研究人员发现，IR 处理后细胞中 γH₂AX 和 53BP1 焦点数量、中性彗星实验的尾矩以及细胞对 IR 的敏感性均未进一步增加。在 ATM 缺陷的 SKX 细胞中，CBP 敲低也不会进一步影响 DNA 修复和细胞的放射敏感性，这表明 CBP 主要通过 ATM 介导对 DNA 损伤的响应。
• CBP 在 DNA 损伤反应中的作用独立于雌激素受体状态：尽管 CBP 被报道为雌激素受体（ER）的共激活因子，且其水平与 ER 状态相关，但研究发现，ER 阳性的 T47D 细胞经 ER 降解剂处理后，CBP 与 γH₂AX 的共定位不受影响；ER 阴性的 BT549 细胞在 CBP 敲低后，DNA 损伤修复缺陷和放射敏感性增加。这表明 CBP 对 ATM 活性的调节在 DNA 损伤反应中独立于 ER。
• CBP 与 ATM 相互作用并调节其招募至 DNA DSB 位点：研究表明，CBP 是 ATM 招募至 DSB 位点所必需的，CBP 敲低或敲除会减少 ATM 与 γH₂AX 的共定位。同时，CBP 与 ATM 直接结合，且这种相互作用在 DNA 损伤后增强。此外，CBP 主要通过其 HAT 活性调节 ATM 的乙酰化，进而影响 ATM 的激活和招募。
• CBP 通过乙酰化介导 ATM 活性：实验表明，CBP 敲低会降低 ATM 的乙酰化水平，使用 CBP HAT 抑制剂处理细胞也会得到类似结果。补充 CBP 的 HAT 结构域能够恢复 CBP 敲除细胞的 DNA 修复能力，这表明 CBP 在响应 DSB 时促进 ATM 的乙酰化和激活，对 DNA 损伤修复至关重要。

研究结论和讨论部分指出，CBP 在 DNA DSB 诱导后，通过乙酰化激活 ATM，在细胞对 DNA 损伤的响应中发挥重要作用。CBP 稳定性增强使其 HAT 活性受刺激，进而乙酰化 p53 和 ATM。虽然已有研究表明 ATM 可被 Tip60 乙酰化，但本研究发现 CBP 和 Tip60 在调节 ATM 乙酰化和激活方面并非完全相互补偿。此外，CBP 除了 HAT 结构域，其溴结构域也在 DNA 损伤修复中发挥作用。未来研究需要进一步明确 CBP 招募至 DNA 损伤位点的具体机制，以及 CBP 作为乳酸转移酶和乙酰转移酶在 DDR 中的复杂功能。该研究为癌症治疗中调节细胞对 DNA 损伤剂的反应提供了潜在靶点，有望推动癌症治疗策略的创新和发展。