Nature | 微卫星不稳定型癌症中依赖WRN的重复扩增

撰文 | 胖胖企鹅

MSI（microsatellite instability），即微卫星不稳定性，是散布在整个基因组中的短重复DNA序列的变异性。MSI是由于DNA错配修复（MMR）缺陷所导致，已知与多种癌症如大肠癌、子宫内膜癌、胃癌和卵巢癌等相关。最近的研究表明，带有MSI的几种癌症依赖WRN解旋酶的活性。

WRN是DNA解旋酶RecQ家族的成员，可以解旋复制和重组过程中可能遇到的非规范性二级DNA结构，其突变会引起染色体不稳定疾病如Werner综合征。正常情况下WRN耗竭会使MSI细胞中DNA双链断裂，从而导致细胞周期停滞和/或凋亡。然而更重要的是，WRN是癌细胞的合成致死靶标，是微卫星不稳定型癌症生存所必需的。WRN如何保护MSI癌症免受DNA双链断裂的机制仍不清楚。

近日，美国国家癌症研究所Andre Nussenzweig团队和哈佛医学院Dana-Farber癌症研究所Adam J. Bass团队在Nature上发表了题为Repeat expansions confer WRN dependence in microsatellite-unstable cancers的研究，揭示了MSI中的WRN依赖机制：TA-二核苷酸重复序列在MSI细胞中高度不稳定，当WRN缺失时这种重复序列易受MUS81核酸酶切割，导致大量染色体破裂。同时，该研究也为针对MSI癌症的靶向WRN治疗剂的开发提供有力支持。

该研究首先明确在WRN缺乏的细胞会发生DNA双链断裂（图1），约有35%的染色体破碎。进一步分析DNA断裂区域结构发现，断裂多发生在TA-二核苷酸重复区域，平均重复长度为51bp。作者将其称为（TA）n重复，将由此造成的断裂点称为TA断裂。

图1 MSI细胞中WRN缺乏导致DNA双链断裂

为进一步探究WRN导致DNA断裂的机制，该研究敲除了已知与TA区域DNA断裂相关的其他基因MUS81和SLX4，MUS81为结构特异的核酸内切酶，可以和SLX4蛋白形成复合物。结果显示WRN先被招募并解旋（TA）n重复处的DNA二级结构后，MUS81和SLX4会促进WRN缺乏细胞中的染色体断裂。

接下来，该研究试图阐明为何（TA）n重复区域易受断裂。通过PCR分析比较8个断裂的（TA）n重复区域和3个没有断裂的（TA）n重复区域，发现有的断裂处无法形成PCR扩增产物（图2），猜测是这些位点经历了大规模的扩增，而扩增的等位基因抑制了PCR过程中DNA的合成。另外，该研究还发现，（TA）n重复处的复制叉可能受到ATR的激活被停滞。

图2 （TA）n重复区域经历结构性地大规模的扩增

概括地说，该文章提出了如下模型（图3）：DNA错配修复缺乏的细胞经历微卫星不稳定性，在（TA ）n重复处形成大规模扩增。其中最容易受断裂的位点是完全纯粹不间断的TA-二核苷酸重复。随着TA重复不断形成十字形的二级结构，会使复制叉停滞并引起ATR依赖的WRN磷酸化，来解旋二级结构及完成复制。当WRN缺失时，结构特异的MUS81-EME1核酸内切酶和SLX4一起切割二级结构以试图恢复复制叉的功能。但是，过多的MUS81切割最终导致了DNA末端切割，染色体破碎甚至细胞死亡。

图3 MSI细胞依赖WRN的机制模式图

最后，该文章指出，（TA）n重复处的DNA断裂可以引起DNA和RNA依赖的感知及信号传递信号通路，WRN抑制剂或可用于刺激免疫响应。

总的来说，该研究详细探究了该研究表明TA-二核苷酸重复序列在MSI细胞中高度不稳定并经历大规模扩增，这与以前人们认为是由少数核苷酸的插入或缺失突变带来的不稳定性不同。扩增的TA重复序列形成DNA二级结构使复制叉停滞，激活ATR检查点激酶，从而需要WRN解旋酶解链。但是，在WRN缺失的情况下，扩增的TA-二核苷酸重复序列易受MUS81核酸酶切割，导致大量染色体破裂。这些发现明确了WRN这一独特的生物标记物，强调了WRN的合成致死依赖性，并支持针对MSI相关癌症来靶向WRN治疗剂的开发。

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

制版人：嘉

参考文献

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