科学家发现针对难治性癌症的新方法

爱荷华大学领导的一项研究揭示了DNA修复蛋白RAD52在结合和稳定分裂细胞中的复制DNA时所呈现的令人惊讶的结构。这项关于RAD52-DNA复合物结构和功能的新见解可能有助于开发新型抗癌药物。

“RAD52是治疗具有DNA修复缺陷的癌症（包括乳腺癌、卵巢癌以及某些胶质母细胞瘤）的热门药物靶点，”UI Carver医学院生物化学与分子生物学教授Maria Spies博士解释道，她是这项于4月2日在《自然》杂志上发表的新研究的资深作者。“这种蛋白质之所以成为新型抗癌药物的有吸引力的靶点，是因为它在健康的人类细胞中是可有可无的，但在DNA修复功能存在缺陷的癌细胞中变得必不可少，例如那些BRCA1和BRCA2基因缺陷的细胞。”

具有DNA修复缺陷的癌症依赖于替代蛋白质来补偿受损的修复途径，从而在持续的DNA损伤情况下仍能快速生长和存活。RAD52就是这样的备用蛋白质之一。因此，抑制RAD52功能的分子可能为治疗这些癌症提供一种有效的策略。

爱荷华大学领导的研究揭示了DNA修复蛋白RAD52在结合和保护分裂细胞中的复制DNA时所呈现的意外结构。Credit: Maria Spies, PhD, University of Iowa Health Care

已经表明，RAD52抑制剂可以特异性地杀死癌细胞，并减少与放疗和化疗相关的毒性。这种能力类似于首批批准用于靶向BRCA1/2缺陷癌症的药物——所谓的PARP（聚ADP-核糖聚合酶）抑制剂，这些药物目前已在临床使用。虽然接受PARP抑制剂奥拉帕利治疗的患者中有近15%在五年多的时间里病情没有复发，但许多患者在第一年内就产生了耐药性。

“单独或联合PARP抑制剂靶向RAD52将增加可用疗法的范围，”Spies说。“然而，要开发能够抑制癌细胞中RAD52的药物，我们首先需要了解RAD52在分子、结构和细胞水平上的功能。”

新形状揭示可能的药物治疗靶点

RAD52在正常人体细胞中似乎是可有可无的，但在经历DNA修复缺陷的癌细胞中却是必不可少的，这既是一个优势也是一个挑战。优势在于，抑制RAD52应该能够杀死癌细胞，而对患者的健康细胞几乎没有负面影响。挑战在于确定应该靶向RAD52的哪些功能和特征。

在这项新研究中，Spies和她的UI团队与意大利罗马Istituto Superiore di Sanità分子医学教授Pietro Pichierri博士以及UI药学院药物发现和实验治疗学教授M. Ashley Spies博士合作，发现了有关RAD52的结构和功能信息，这些信息可能有助于他们开发出新的、特定的方法来抑制这种蛋白质。

双环结构保护DNA

Spies和Pichierri之前已经发现RAD52在保护停滞的DNA复制叉方面非常重要。他们的研究表明，RAD52的这一新功能促进了癌细胞的存活。

在这项新研究中，Spies团队利用低温电子显微镜（CryoEM）显示，RAD52蛋白形成了一种由两个环组成的意想不到的线轴状结构，每个环包含11个蛋白质副本，该结构参与了“DNA复制叉”的所有三个臂，重新排列了叉的结构，并保护其免受过度降解。

为了获得这一图像，研究团队创建了一个类似停滞的DNA复制叉的DNA底物。该底物通过将两个环固定在一起并连接所有三个DNA臂，使RAD52复合物保持在位。单链和双链DNA特征都与RAD52相互作用，使该结构保持在位，从而使团队能够获得整个蛋白质-DNA复合物的详细3D结构。

使用Spies实验室建造的专用显微镜，研究人员还能够在单分子水平上监测RAD52-DNA的相互作用，揭示了叉保护通过动态蛋白质-DNA相互作用发生。

“虽然以前已经观察到单环结构，但这是首次展示两个环共同作用于DNA，并做了一些意想不到的事情，”Spies说。“这种新结构提供了关于哪些重要的蛋白质区域可以作为未来药物发现的靶点的线索。”

靶向RAD52以创造新的抗癌药物

Spies团队已经有小分子可以结合并抑制RAD52，但要将这些分子开发成可测试的药物，还需要进一步精炼和修改，使其更有效和更具体。

Spies实验室的结构和生物物理工作结果得到了M. Ashley Spies的计算研究以及罗马Pichierri小组的细胞和超分辨率成像的补充。综合起来，这些实验室的努力揭示了双环RAD52架构对其作为DNA复制门控器的作用以及癌细胞生存的重要性。

“这项工作和我们在本研究中获得的结构-活性知识为进一步理解RAD52的功能和调控奠定了基础，并为其抑制提供了新的靶点，”Spies说。“希望这些信息将帮助我们开发出这种蛋白质的新抑制剂，并挖掘RAD52作为抗癌药物靶点的潜力。”

参考文献：“RAD52双环重塑复制叉限制叉逆转”由Masayoshi Honda、Mortezaali Razzaghi、Paras Gaur、Eva Malacaria、Giorgia Marozzi、Ludovica Di Biagi、Francesca Antonella Aiello、Emeleeta A. Paintsil、Andrew J. Stanfield、Bailey J. Deppe、Lokesh Gakhar、Nicholas J. Schnicker、M. Ashley Spies、Pietro Pichierri和Maria Spies于2025年4月2日发表在《自然》杂志上。

DOI: 10.1038/s41586-025-08753-1

除了Maria Spies、Pichierri和Ashley Spies外，研究团队还包括来自Spies UI实验室的研究科学家Masayoshi Honda博士和Mortezaali (Ali) Razzaghi博士。此外，Spies感谢UI蛋白质和晶体学核心的现任和前任主任Nick Schnicker博士和Lokesh Gakhar博士在启动RAD52结构研究方面的协助。

该研究部分由美国国立卫生研究院下属的国家癌症研究所资助。

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