2025-09-18 12:11:05, 化合物专家-T仔 TargetMol中国
聚腺苷二磷酸核糖聚合酶1(PARP1 )是细胞中的主要 PARP 酶,调控多种生物学过程和细胞功能,包括 DNA 修复、复制、染色质结构和转录。在肿瘤治疗中,PARP抑制剂(PARPi)虽然能显著延长患者的无进展生存期(PFS),但总生存(OS)改善有限。这主要归因于同源重组缺陷(HRD)肿瘤(如BRCA1或BRCA2胚系突变)的基因组不稳定使其易于产生耐药。
获得性耐药一般通过三种主要机制发生:同源重组修复的恢复、药物靶点的改变以及复制叉稳定性的增强。然而,目前我们对 PARP 抑制剂(PARPi )暴露后对染色质稳态的直接影响仍不清楚。
近期,荷兰癌症研究所的一个研究团队在 Nature 期刊发表了题为 NASP modulates histone turnover to drive PARP inhibitor resistance 的研究论文,发现 PARP 抑制会诱导组蛋白从染色质中释放,以维持癌细胞的存活和复制。通过对这一现象的解析,他们发现了克服 PARPi 耐药的潜在治疗靶点。
组蛋白作为 DNA 缠绕的核心结构蛋白,不仅为染色质提供物理支撑,还在转录、复制和 DNA 修复等关键过程中发挥调控作用。
在最新研究中,研究者利用 BRCA1 缺陷和 BRCA1/53BP1 双敲除(ΔBRCA1Δ53BP1)的 HAP1 细胞构建了 PARPi 耐药模型。发现 PARPi 奥拉帕尼处理会导致核心组蛋白(H2A、H2B、H3、H4)在可溶性组分中显著积累,同时在染色质中减少,而这一现象在正常细胞中并未出现,提示其为 肿瘤细胞特有的 机制,并且与 BRCA1 状态无关。
进一步分析发现,这些可溶性组蛋白来源于染色质,而非新合成。组蛋白释放发生在 DNA 损伤信号(γH2AX)激活之后,表明 异常的组蛋白周转 可能是 PARPi 耐药的重要机制。
随后,研究者通过基因陷阱筛选鉴定了 PARPi 诱导组蛋白释放的关键调控因子。包括 DNA 修复因子 RNF168、HELQ,以及 H3-H4 组蛋白伴侣 DNAJC9 与 NASP。其中,DNAJC9 缺失会普遍削弱细胞存活,而 NASP 缺失 则主要在 PARPi 处理下显著降低细胞生存率。这表明 NASP 对组蛋白稳定性及 PARPi 应答至关重要。
▲鉴定 PARPi 诱导染色质组蛋白释放所需的因子
由于 PARPi 会促使组蛋白从染色质中释放,而 NASP 的缺失会导致在 PARPi 处理后细胞存活率下降,研究接下来探究了 NASP 是否必需于 PARPi 处理后可溶性组蛋白的积累。
结果显示,NASP 是维持 PARPi 处理后组蛋白 H3-H4 稳定性的关键因子。缺失 NASP 时,PARPi 释放的 H3-H4 不能积累,而是被蛋白酶体降解,且蛋白酶体抑制剂 MG132 可阻断这一过程;外源性过表达 sNASP 则能恢复其水平。
▲NASP 缺失通过蛋白酶体降解降低 PARPi 处理后可溶性组蛋白 H3 和 H4 的储备
当 NASP 被耗竭时,肿瘤细胞对 PARPi 的敏感性显著增强,无论在体外还是动物模型中均如此。其机制在于 NASP 缺失会削弱 DNA 复制叉的推进,导致复制相关的 DNA 损伤积累,加剧了癌细胞对 PARPi 的脆弱性。
具体表现为:
复制影响:NASP 急性降解使复制叉处染色质可及性升高,DNA 复制速度下降,EdU 掺入减少,DNA 轨迹缩短。
DNA 损伤与细胞周期:导致 S 期 γH2AX 增加,细胞在 G2/M 检查点停滞,并在 PARP 抑制剂处理后出现更多凋亡。
▲NASP的缺失导致体外和体内对PARP抑制剂的超敏反应
但值得注意的是,NASP 并非单独作用。NASP 与 INO80 染色质重塑复合物以及 PARP1(PARPi 的直接作用靶点)的伴侣活性协同,共同调控组蛋白周转。
INO80 染色质重塑复合体是组蛋白从染色质释放的关键介导者,其组分 UCHL5 的缺失会减少 PARPi 诱导的组蛋白释放并增强细胞对 PARPi 的敏感性。ASP、INO80 和 PARP1 的协同作用构建了一个复杂的组蛋白动态调控网络,使癌细胞能够在治疗引发的基因毒性压力下维持生存。

▲INO80 复合物和 PARP1 与 NASP 协同作用,以调控组蛋白周转
此外,PARP1 不仅是 PARPi 的作用靶点,还通过自身的组蛋白伴侣活性与 NASP 协同作用,促进释放组蛋白的再整合,确保组蛋白周转效率。单独缺失 PARP1 会导致组蛋白 H3 的异常积累,NASP 缺失则使组蛋白无法稳定存在;两者双缺失则导致 DNA 损伤和复制障碍显著加剧,细胞凋亡增加,证实了二者协同在维持组蛋白稳态中的必要性。
该研究显示,PARP 抑制会诱导组蛋白从染色质中释放,这暴露了 PARPi 耐药癌细胞的一个脆弱点:它们需要依赖组蛋白稳态机制以维持高 DNA 复制速率和存活。
通过功能性基因筛选,研究鉴定出 NASP 作为维持被驱逐组蛋白稳定性的关键因子,其作用依赖于 TPR 结构域。NASP 缺失使肿瘤细胞在体外和体内对 PARPi 高度敏感,同时削弱复制叉进程并增加复制相关 DNA 损伤水平。此外,NASP 与 INO80 复合体以及 PARP1 的伴侣活性协同作用,确保组蛋白高效周转并防止致命 DNA 损伤积累。
总体而言,该研究首次将组蛋白释放与周转调控纳入PARPi耐药机制的核心框架,并确定 NASP 是调控这一过程的核心因子。它不仅重塑了对 PARPi 毒性与耐药机制的理解,还为联合治疗提供了新的方向。未来,围绕 NASP、INO80 与 PARP1 相互作用的分子机制研究,以及开发干扰组蛋白伴侣功能的小分子药物,可能为攻克 PARPi 耐药开辟全新路径,加速精准肿瘤治疗的进展。
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参考资料:
1. Mout et al., Design of soluble Notch agonists that drive T cell development and boost immunity, Cell (2025),https://doi.org/10.1016/j.cell.2025.07.009

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