新分子机制！南昌大学傅斌教授团队：克服癌症化疗耐药有价值的策略

【导读】SMARCA5功能丧失可导致神经发育障碍和威廉姆斯综合症。然而，SMARCA5在前列腺癌中的调控机制在很大程度上尚未被阐明。

11月5日，南昌大学傅斌教授研究团队在期刊《Cell Death&Disease》上发表了研究论文，题为“USP3 promotes DNA damage response and chemotherapy resistance through stabilizing and deubiquitinating SMARCA5 in prostate cancer”，本研究中，研究人员发现去泛素化酶USP3可以直接与SMARCA5相互作用，并去除SMARCA5上的K63连接的多聚泛素化，以维持其稳定性，这促进了DNA损伤修复和化疗耐药。在体外和体内实验中，USP3的缺失或SMARCA5的沉默促进了前列腺癌细胞对多西他赛的敏感性，而过表达USP3则在体外和体内恢复了SMARCA5沉默细胞对多西他赛的抵抗。在临床上，USP3在前列腺癌组织中显著上调，与SMARCA5表达呈正相关。总之，本研究揭示了USP3-SMARCA5轴在调节DNA双链断裂修复方面的一种新的分子机制，在人类前列腺癌的化疗反应中发挥重要作用。本研究强调了靶向USP3-SMARCA5轴可能是治疗USP3/SMARCA5过表达的化疗耐药患者并改善药物治疗的一种有价值的策略。

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07117-3

背景信息

01

多西他赛为基础的化疗是晚期前列腺癌的标准治疗方案，但只有一半的患者对多西他赛有反应，在老年患者人群中，多西他赛可将中位生存期延长近两个月，但随后会逐渐产生化疗耐药性。最近的研究发现，在转移性前列腺癌中，DNA损伤应答（DDR）基因的突变很常见，既可以在肿瘤中发生体细胞突变，也可以通过生殖细胞遗传获得，这促进了化疗耐药性的产生。因此，DNA损伤修复途径中的因素有望成为克服化疗耐药性的有前景的靶点。

蛋白质泛素修饰参与了几乎所有的细胞过程，包括细胞周期调控、细胞增殖、细胞死亡、分化和转移；它通过调节蛋白质稳定性、蛋白质定位和信号转导起作用。去泛素酶（DUBs）的功能是将泛素分子或多泛素链从底物上移除，这对DNA修复过程和DNA损伤响应途径起到了关键作用。USP3是USP家族的成员，具有两个结构域：ZnF（1-158）和UCH（159-520）。最近的研究表明，USP3在多种恶性肿瘤中高度表达，与癌症的一系列恶性生物学行为有关，并在DNA损伤响应中发挥关键作用。为了进一步探究USP3及其下游机制的潜在作用，研究人员通过免疫亲和纯化和质谱分析（MS）检测USP3相互作用蛋白的转录后修饰，以确定可能参与USP3介导的去泛素化的下游蛋白质。在此，研究人员报告了USP3的一个关键靶点——SMARCA5，以及USP3在多西他赛诱导的DNA损伤中对SMARCA5进行去泛素化的特定机制，这表明USP3可能是前列腺癌抗癌治疗的一个有前途的靶点。

USP3促进前列腺癌细胞的增殖和生存

02

为了进一步研究USP3在前列腺癌中的功能，研究人员通过慢病毒转导在PC3和DU145细胞中敲低USP3。两种构建物都分别降低了USP3 mRNA和蛋白质的表达。USP3敲低降低了PC3和DU145细胞的增殖，并通过伤口愈合实验降低了这两种细胞的迁移。此外，USP3敲低也降低了非前列腺癌细胞的增殖，表明USP3可能对许多细胞系的增殖至关重要。为了进一步测试USP3在肿瘤发生中的功能，研究人员使用了一种原位前列腺肿瘤模型，其中PC3细胞通过皮下注射注入裸鼠体内。在对照组小鼠中，注射PC3细胞导致形成大的前列腺肿瘤，而注射了两种不同USP3 shRNA的PC3细胞则表明USP3敲低降低了肿瘤发生。综上所述，这些数据表明USP3敲低在体外和体内降低了前列腺癌细胞的长期增殖和生存。

USP3通过SMARCA5促进化疗耐药性

03

为了测试USP3-SMARCA5轴是否可能作为癌症治疗的靶点，研究人员在PC3细胞或DU145细胞中单独或同时沉默USP3或SMARCA5，并检测在多西他赛处理后的细胞存活情况。研究人员发现，USP3或SMARCA5沉默促进了PC3细胞和DU145细胞对多西他赛的敏感性。此外，在USP3耗竭细胞中沉默SMARCA5进一步增强了这些治疗的效果。为了进一步确认USP3对化疗抵抗的调节依赖于其催化活性，研究人员将沉默的USP3细胞转染表达野生型USP3或C168突变质粒，并检测在多西他赛处理后的细胞存活情况。接下来，研究人员进一步询问USP3是否可能作为前列腺癌体内治疗的潜在靶点。如图1G-I所示，USP3的耗竭或多西他赛治疗同样抑制了肿瘤生长，而USP3和多西他赛的联合沉默进一步减少了异种移植模型中的肿瘤生长。在Ki67染色试验中也观察到了类似的效果。研究人员还确认，在各自的肿瘤组织中，确实敲低了USP3，而USP3敲低降低了SMARCA5的表达，而多西他赛治疗对它们的蛋白质表达没有影响。这些数据表明，USP3以SMARCA5依赖的方式调节前列腺癌细胞对多西他赛的细胞反应。

图1：USP3通过调控SMARCA5来影响化疗耐药性

综合来看，研究人员发现USP3与SMARCA5结合，并去除了SMARCA5上的K63-连接的聚泛素化修饰，以维持其稳定性，从而促进DNA损伤修复和化疗耐药性。

研究意义

04

本研究证明了靶向USP3-SMARCA5轴可能是治疗USP3/SMARCA5过表达的化疗耐药患者并改善药物治疗的一种有价值的策略。

【参考资料】

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07117-3

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