基因组的不稳定性是人类遗传病和癌症的一大特点。在这篇文章当中，研究人员在常染色体隐性遗传病家族中发现了有害的 UBQLN4 突变。蛋白酶体穿梭因子UBQLN4 被 ATM 磷酸化并与泛素化的 MRE11 相互作用，从而介导早期的同源重组修复 (HRR)。在体外和体内实验中均证实，UBQLN4 的缺失会导致 MRE11 染色质的滞留，促进非生理性的 HRR。相反，UBQLN4 的过表达会抑制同源重组，促进非同源末端连接。此外，作者还发现 UBQLN4 在侵略性地肿瘤中过度表达。在 HRR 缺失的肿瘤中，UBQLN4 的过表达与PARP1 抑制剂的敏感性相关。因此，UBQLN4 通过从受损染色质中去除 MRE11 来抑制 HRR 活性，使得 PARP1 抑制剂有望治疗 UBQLN4 过表达型肿瘤。

研究人员在两个近亲家庭中发现了一个常染色体隐性遗传综合征。对从 A-IV-4 和 A-IV-5 病人分离的细胞进行全外显子组测序，结果表明两名患者UBQLN4 基因外显子 6 上发生了有害的纯合子 c.976C > T 突变。预计这种突变创造了一个过早的终止密码子(p.R326X)。这些病人显示出智力障碍，生长迟缓，小头畸形，面部畸形，听力丧失，共济失调和贫血。为了研究 c.976C>T 突变是否影响 UBQLN4 表达，作者进行了免疫印迹检测。抗体都没有检测到来自 B-IV-3 或 A-IV-5 细胞中的 全UBQLN4 蛋白。结果表明，c.976C> T 突变产生了 UBQLN4-无效等位基因，进而产生一种新的纯合子常染色体隐性遗传综合征，作者把它命名为''UBQLN4缺乏症候群''。

图1. UBQLN4 缺乏症候群的发现

为了了解 UBQLN4 功能丧失是否影响 DNA 修复动力学，研究人员接下来评估了新抑癌蛋白（NCS）、依托泊苷(etoposide)、顺铂(cisplatin)或 羟基脲(HU)暴露后DMFs 中 DNA 损伤的积累和清除情况。利用全自动免疫荧光显微镜来量化核 gH2AX 病灶，该病灶可视为未修复的 DNA 损伤。与野生型对照组相比，在 NCS 和 etoposide 的作用下，研究人员观察到患者和杂合细胞中 gH2AX 灶的清除明显延迟。相反的是，与依托泊苷和新抑癌蛋白不同，顺铂和羟基脲处理的细胞在 48 小时的观察期内 gH2AX 灶持续增加，结果如图 2 所示。研究表明，UBQLN4 功能丧失会增加细胞对于基因毒性药物的敏感性。

图2. UBQLN4 功能丧失对 DNA 修复动力学的影响

为了探究 UBQLN4 是否会重新定位到 DNA 损伤的位置，研究人员使用微激光照射U2OS 细胞的单个细胞核的方法，来诱导产生局部 DNA 损伤病灶。使用 UBQLN4 特定抗体，结果表明 UBQLN4 的确与 53BP1 结合，被召集到 DNA 损伤区域。为了阐明 UBQLN4 的动力学机制，研究人员表达了异位 GFP，并监测 UBQLN4 对U2OS 细胞激光诱导损伤的补充。结果表明，在损伤诱导后 5 分钟内，UBQLN4 就被招募到损伤部位(如图3 所示)。研究人员在实验过程中发现， UBQLN4 的磷酸化可被 ATM 所介导，而磷酸化的 UBQLN4 对于适当的 DNA 损伤应答 (DNA damage response, DDR) 是必须的。

图 3. UBQLN4 被招募到DNA损伤位点

我们知道，哺乳动物细胞采用两种主要的 DNA 双链断裂 (DSB) 修复途径，即经典的非同源末端连接 (c-NHEJ) 途径和同源重组修复 (HRR)途径。研究发现，UBQLN4 是 ATM 的底物，DSB 封锁过程在 UBQLN4 缺失的细胞中明显受损。UBQLN4 耗竭显著增加了 HRR 相对于 NHEJ 在 DSB 修复中的贡献，而 UBQLN4 过表达则显着增加了 NHEJ 的作用。

图4. UBQLN4 的缺失会导致增强同源重组修复途径的作用

为了评估 UBQLN4 表达与人类癌症中的相关性，作者检查了 498 例神经母细胞瘤病例。与 1 期相比，UBQLN4 mRNA 的表达在 3 期和 4 期神经母细胞瘤中显着增加。进一步发现高危病例的 UBQLN4 mRNA 水平相比非高危病人显著增加。鉴于 HRR 缺乏与 PARP1 抑制剂敏感性有关，作者研究了olaparib 对 UBQLN4 过表达 U2OS 细胞和同基因对照的敏感性。UBQLN4 过表达显着增加 olaparib 灵敏度。作者进一步检测了UBQLN4 表达水平高 (SY5Y) 或低 (GIMEN) 的神经母细胞瘤细胞系的敏感性。结果发现，与 GIMEN 细胞相比，SY5Y 细胞显示出明显高的 olaparib 敏感性。

图5. UBQLN4 过表达与 PARP1 抑制剂敏感性相关

小M 的小思考：

研究人员从一种复杂的遗传病中确定了一个纯合的 UBQLN4 种系突变，p.R326X。受影响的患者显示与其他基因组不稳定综合征相似的症状，如共济失调-毛细血管扩张症等。研究人员为了阐明其机制，研究发现 UBQLN4 以 ATM 依赖的方式被磷酸化然后被募集到 DNA 损伤部位，在这里它通过功能上压制 HRR 将 DSB 修复重新定向到 NHEJ 方式。进一步研究表明 UBQLN4 可以与泛素化的 MRE11 互动，促进其蛋白酶体降解。 此外，在 UBQLN4 过度表达的肿瘤细胞中 HRR 使用率降低与 PARP1 抑制剂敏感性相关。本文从生物学角度揭示了一种新的基因组不稳定综合症，为 UBQLN4 在调控 DSB 修复途径的选择上有作用提供了依据，发现 UBQLN4 过表达可作为预测因子，针对各种对 PARP1 抑制剂敏感性的癌症实体生存率低。

参考文献

Jachimowicz RD, et al.UBQLN4 Represses Homologous Recombination andIs Overexpressed in Aggressive Tumors. Cell. 2018 Dec 21. pii:S0092-8674(18)31516-2.

相关产品：

Olaparib

Olaparib (AZD2281; KU0059436) 是一种有效的 PARP 抑制剂，抑制 PARP-1 和 PARP-2 的 IC50 分别为 5 和 1 nM。