Nature |微衛星不穩定型癌症中依賴WRN的重複擴增 ​

MSI（microsatellite instability），即微衛星不穩定性，是散布在整個基因組中的短重複DNA序列的變異性。MSI是由於DNA錯配修復（MMR）缺陷所導致，已知與多種癌症如大腸癌、子宮內膜癌、胃癌和卵巢癌等相關。最近的研究表明，帶有MSI的幾種癌症依賴WRN解旋酶的活性。

WRN是DNA解旋酶RecQ家族的成員，可以解旋複製和重組過程中可能遇到的非規範性二級DNA結構，其突變會引起染色體不穩定疾病如Werner症候群。正常情況下WRN耗竭會使MSI細胞中DNA雙鏈斷裂，從而導致細胞周期停滯和/或凋亡。然而更重要的是，WRN是癌細胞的合成致死靶標，是微衛星不穩定型癌症生存所必需的。WRN如何保護MSI癌症免受DNA雙鏈斷裂的機制仍不清楚。

近日，美國國家癌症研究所André Nussenzweig團隊和哈佛醫學院Dana-Farber癌症研究所Adam J. Bass團隊在Nature上發表了題為Repeat expansions confer WRN dependence in microsatellite-unstable cancers的研究，揭示了MSI中的WRN依賴機制：TA-二核苷酸重複序列在MSI細胞中高度不穩定，當WRN缺失時這種重複序列易受MUS81核酸酶切割，導致大量染色體破裂。同時，該研究也為針對MSI癌症的靶向WRN治療劑的開發提供有力支持。

該研究首先明確在WRN缺乏的細胞會發生DNA雙鏈斷裂（圖1），約有35%的染色體破碎。進一步分析DNA斷裂區域結構發現，斷裂多發生在TA-二核苷酸重複區域，平均重複長度為51bp。作者將其稱為（TA）n重複，將由此造成的斷裂點稱為TA斷裂。

圖1 MSI細胞中WRN缺乏導致DNA雙鏈斷裂

為進一步探究WRN導致DNA斷裂的機制，該研究敲除了已知與TA區域DNA斷裂相關的其他基因MUS81和SLX4，MUS81為結構特異的核酸內切酶，可以和SLX4蛋白形成複合物。結果顯示WRN先被招募並解旋（TA）n重複處的DNA二級結構後，MUS81和SLX4會促進WRN缺乏細胞中的染色體斷裂。

接下來，該研究試圖闡明為何（TA）n重複區域易受斷裂。通過PCR分析比較8個斷裂的（TA）n重複區域和3個沒有斷裂的（TA）n重複區域，發現有的斷裂處無法形成PCR擴增產物（圖2），猜測是這些位點經歷了大規模的擴增，而擴增的等位基因抑制了PCR過程中DNA的合成。另外，該研究還發現，（TA）n重複處的複製叉可能受到ATR的激活被停滯。

圖2 （TA）n重複區域經歷結構性地大規模的擴增

概括地說，該文章提出了如下模型（圖3）：DNA錯配修復缺乏的細胞經歷微衛星不穩定性，在（TA ）n重複處形成大規模擴增。其中最容易受斷裂的位點是完全純粹不間斷的TA-二核苷酸重複。隨著TA重複不斷形成十字形的二級結構，會使複製叉停滯並引起ATR依賴的WRN磷酸化，來解旋二級結構及完成複製。當WRN缺失時，結構特異的MUS81-EME1核酸內切酶和SLX4一起切割二級結構以試圖恢復複製叉的功能。但是，過多的MUS81切割最終導致了DNA末端切割，染色體破碎甚至細胞死亡。

圖3 MSI細胞依賴WRN的機制模式圖

最後，該文章指出，（TA）n重複處的DNA斷裂可以引起DNA和RNA依賴的感知及信號傳遞信號通路，WRN抑制劑或可用於刺激免疫響應。

總的來說，該研究詳細探究了該研究表明TA-二核苷酸重複序列在MSI細胞中高度不穩定並經歷大規模擴增，這與以前人們認為是由少數核苷酸的插入或缺失突變帶來的不穩定性不同。擴增的TA重複序列形成DNA二級結構使複製叉停滯，激活ATR檢查點激酶，從而需要WRN解旋酶解鏈。但是，在WRN缺失的情況下，擴增的TA-二核苷酸重複序列易受MUS81核酸酶切割，導致大量染色體破裂。這些發現明確了WRN這一獨特的生物標記物，強調了WRN的合成致死依賴性，並支持針對MSI相關癌症來靶向WRN治療劑的開發。

原文連結：

https://doi.org/10.1038/s41586-020-2769-8

製版人：十一

參考文獻

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