利用电子顺磁共振发现抗癌药物新靶点

英国牛津大学的首席作者Iosifina Foskolou博士及其同事们在论文中描述了他们的研究结果，该论文题为“低氧条件下核糖核苷酸还原酶需要进行亚单位转换来维持DNA复制”，发表在2017四月的《细胞》杂志上。利用EPR技术，作者确定了在缺氧环境中具有重要功能的两种蛋白质的稳定性和活性，以突出它们在癌症中的相对重要性。

低氧或缺氧是肿瘤发展的关键因素，更高水平的低氧与患者的更糟的结果有关。²低氧会引发能导致突变增加的复制应激，从而加快肿瘤的发展。³这有助于癌细胞逃避身体的自然防御以及药物治疗。

作者研究了核糖核苷酸还原酶（RNR），它是由哺乳动物的RRM1/RRM2和RRM1/RRM2B二聚体组成的全酶。⁴发现在低氧条件下RRM2B的表达升高，在这一背景下成为优势亚单位。此外，RRM2B的缺失会使低氧条件下的癌细胞活力降低了77%。RRM2B表达的减少会增加癌细胞对辐射损伤的敏感性，并且在RRM2B枯竭的肿瘤低氧区中特别观察到凋亡标记物的升高。

为了更好地了解RRM2B在低氧条件下的作用，Foskolou博士使用Bruker Biospin Micro EMXplus波谱仪进行了关于RNR亚单位稳定性的EPR研究。研究人员发现，RRM2B能在低氧应激下保持稳定和活性长达2小时，而RRM2仅在15分钟后就会丧失活性。

本研究中由Bruker设备提供的EPR波谱类似于核磁共振（NMR），尽管它在较大的分子和更短的时间范围内提供了更高的灵敏度。EPR让研究人员能监测蛋白质中的不成对电子的动态变化，并由此确定其稳定性。

通过保持稳定并提供DNA的构建块，RRM2B让癌细胞能在几乎无氧的情况下继续DNA复制。这反过来又让癌细胞能在其它限制性环境中生长和增殖。Foskolou博士及其同事希望通过阻断RRM2B，从而在低氧条件下抑制RNR功能。

通过确定RRM2与RRM2B之间与这些不同活性特性有关的氨基酸差异，作者提供了一些有关抑制剂分子靶向目标的见解。

RRM2B抑制能否提高实体瘤患者的生存率尚待确定。然而，作者还发现了p53依赖型RRM2B表达与来自结直肠腺癌患者的肿瘤样本中低氧标记物的相关性，表明这些数据与人类疾病有关。

作者总结道，“通过RRM2B在患者样本中的表达与低氧信号之间的相关性及其在肿瘤生长和放射抵抗中的作用，进一步阐明了它在肿瘤低氧反应中的重要性。”

1. Foskolou, IP, Jorgensen C, Leszczynska BK, et al. “Ribonucleotide Reductase Requires Subunit Switching in Hypoxia to Maintain DNA Replication.” Mol Cell. 201;66:206–220.

2. Begg AC, Stewart FA, Vens C. Strategies to improve radiotherapy with targeted drugs. Nat Rev Cancer. 2011;11:239–253.

3. Hammond EM, Kaufmann MR, Giaccia AJ. Oxygen sensing and the DNA-damage response. Curr. Opin Cell Biol. 2007;19:680–684.

4. Kolberg M, Strand KR, Graff P, et al. Structure, function, and mechanism of ribonucleotide reductases. Biochim Biophys Acta. 2004;1699:1–34.

5. Gunnar Jeschke. Introduction to electron paramagnetic resonance spectroscopy. http://www.chem.ucsb.edu/hangroup/sites/secure.lsit.ucsb.edu.chem.d7_han/files/sitefiles/Links/gunnar-jeschke-lecture_course_updated-1.pdf