上海交通大學系統生物醫學研究院張冰課題組發現新的DNA修復通路

2020年7月28日，上海交大系統生物醫學研究院張冰課題組在國際權威期刊《Cell Reports》上，發表了題為《LARP7 is a BRCA1 ubiquitinase substrate and regulates genome stability and tumorigenesis》的研究論文。上海交通大學張冰研究員為本文通訊作者，上海交通大學張芳，博士生閆鵬一，於蕙菁以及副研究員樂黃鶯為本文的共同第一作者。

當細胞遭受紫外線，離子輻射或代謝產生的活性氧等因素導致DNA損傷時，會立即啟動DNA損傷響應機制（DNA damage response， DDR）進行DNA 修復。DDR缺陷會導致損傷DNA的不斷累積，造成基因組的不穩定性並促進腫瘤的發生。因此闡釋DDR及DNA 修復機制，對於腫瘤診斷和治療具有重要意義。

BRCA1是著名的腫瘤抑制基因， 在3%-18% 的所有乳腺癌和宮頸癌病人以及45%遺傳性乳腺癌和宮頸癌病人中都發現有BRCA1的突變。研究證明BRCA1突變是早髮型乳腺癌和宮頸癌的主要致病機制。BRCA1 突變的基因檢測已成為目前乳腺癌和宮頸癌的臨床診斷的重要指標。已有研究發現BRCA1主要通過調控G2/M細胞周期檢驗點，增強同源重組修復（HR）以及控制異染色質轉錄等抑制腫瘤發生。除此之外，BRCA1 E3泛素連接酶活性在DNA修復以及腫瘤抑制過程中也發揮重要作用。在大量臨床乳腺癌和宮頸癌樣本中也發現了影響BRCA1 E3泛素連接酶活性的突變位點。但是BRCA1及其核心複合物BARD1的泛素化底物尚不清楚，其參與調控DNA損傷修復的機制也有待研究。

本研究工作的一個重要進展是首次鑑定出RNA結合蛋白LARP7是BRCA1/BARD1的泛素酶的底物。 X射線及一線化療藥順鉑可以通過激活DDR 通路關鍵蛋白ATM 來磷酸化LARP7蛋白, 進而招募BRCA1/BARD1 泛素化LARP7，使其轉運出核進入26S蛋白酶體降解途徑。降解的LARP7抑制CDK1/CCNB1/CCNB2的表達， 激活G2/M 檢驗點，導致細胞周期的阻滯。同時CDK1/CCNB1/CCNB2表達降低還抑制BRCA2在S3291位點的 磷酸化水平，促進同源重組修復蛋白RAD51招募到損傷DNA，從而促進基因組DNA的同源修復過程。

在MEF細胞中敲除LARP7促進了RAD51招募和DNA修復

該工作還進一步探索LARP7在腫瘤治療中的潛在應用價值。通過分析了210例乳腺癌病人樣本，發現LARP7在乳腺癌細胞中高表達，並與腫瘤惡性程度呈正相關。同時在人群研究中發現，LARP7降低增加了病人對放化療的抵抗，並在乳腺癌移植瘤裸鼠的放療（X射線）和化療（順鉑）模型中進行了驗證。相反，提高LARP7則可以顯著提高病人對放化療的敏感性。

綜上，該項工作首次發現了LARP7是BRCA1/BARD1 E3泛素連接酶的泛素化底物；闡明了ATM-BRCA1-LARP7-CDK1是一個新的的DDR通路；首次證明LARP7可以顯著提高放療與化療的治療效果, 有望成為癌症診斷和治療的新靶點。