Nat Cell Biol |?復制壓力下的生死抉擇：RPA耗竭激活SLFN11凋亡通路

撰文|易

DNA復制過程不斷受到內源性和外源性損傷的挑戰，而細胞依賴一套復雜的DNA損傷應答與耐受機制來維持基因組的穩定性。其中，復制壓力是導致復制叉停滯和基因組不穩定的主要來源。為應對停滯的復制叉，細胞可采用多種策略，包括由引物酶-聚合酶PrimPol介導的“再起始”機制，該機制能在損傷下游重新啟動DNA合成，從而避免過長的單鏈DNA積累。然而，盡管PrimPol在體外和部分細胞內被證明能繞過多種損傷，但其在整體細胞存活中的作用，特別是在面對順鉑等化療藥物引起的損傷時，似乎存在矛盾，因為單獨敲除PrimPol通常并不導致廣泛的順鉑敏感性。另一方面，Schlafen 11（SLFN11）蛋白作為tRNA核酸酶，是預測多種化療藥物（尤其是順鉑）療效的關鍵生物標志物，其表達缺失與化療耐藥密切相關。已知SLFN11能被DNA損傷激活，通過切割tRNA、引發核糖體停滯和綜合應激反應，最終導致不依賴于p53的細胞凋亡。但究竟是何種DNA損傷信號直接激活了SLFN11，這一核心問題長期懸而未決。此外，在高強度復制壓力下，負責保護單鏈DNA的復制蛋白A（RPA）可能會被耗竭，導致單鏈DNA裸露，進而可能引發復制災難。那么在PrimPol功能缺失的特定背景下，細胞如何響應DNA損傷，以及RPA耗竭、SLFN11激活與細胞命運決定之間的內在聯系尚未可知。

近日，英國克里克研究所DSB修復實驗室Simon J. Boulton在Nature Cell Biology期刊發表題為“RPA exhaustion activates SLFN11 to eliminate cells with heightened replication stress的研究論文，揭示了在DNA復制壓力下，RPA（復制蛋白A）耗竭導致單鏈DNA暴露，從而直接激活SLFN11蛋白并引發細胞凋亡的分子機制。該發現不僅闡明了SLFN11感應DNA損傷的具體信號，也為針對高復制壓力癌細胞（如PrimPol缺陷或經特定藥物處理的癌細胞）的治療策略提供了新靶點。

首先，在二倍體eHAP細胞中，研究團隊利用靶向CRISPR-Cas9篩選技術，系統性地敲除了與染色質維持、端粒維持和DNA損傷應答相關的基因，以尋找決定順鉑敏感性的關鍵因子。研究發現，在表達SLFN11的細胞中（eHAP），PrimPol的缺失會特異性地導致細胞對順鉑、BPDE和MMC等造成龐大堿基加合物的藥物敏感，而對其他類型的DNA損傷或DDR抑制劑不敏感。這種敏感性完全依賴于SLFN11的存在及其下游的GCN2激酶介導的綜合應激反應通路。在PrimPol敲除細胞中，順鉑處理導致復制叉處單鏈DNA異常積累，進而引發RPA耗竭。RPA耗竭被證明是激活SLFN11的關鍵信號：當RPA不足以覆蓋所有暴露的單鏈DNA時，裸露的單鏈DNA成為SLFN11結合并激活的底物，從而觸發其tRNA核酸酶活性，通過GCN2誘導細胞凋亡。人為敲低RPA庫同樣能模擬這一效應，誘導SLFN11-GCN2依賴的細胞死亡。

研究進一步揭示了USP1-WDR48去泛素化酶復合物在此通路中的正調控作用。在PrimPol缺失的細胞中，USP1通過去泛素化并下調范可尼貧血通路核心蛋白FANCD2-FANCI，抑制了該通路的修復功能，從而加劇了順鉑損傷引起的RPA耗竭，促進了SLFN11的激活和凋亡。敲除USP1或抑制其活性，能通過穩定范可尼貧血通路來減輕RPA耗竭，從而挽救PrimPol缺失細胞的順鉑敏感性，且這種挽救作用完全依賴SLFN11。

更重要的是，本研究將RPA耗竭激活SLFN11的機制推廣至更廣泛的復制壓力場景。研究發現，直接抑制DNA復制起始的關鍵酶——DNA聚合酶α（使用抑制劑ST1926），能迅速且強烈地誘導RPA耗竭，進而激活SLFN11依賴的細胞死亡。這一現象在多種高表達SLFN11的癌細胞系中均得到證實，而SLFN11低表達的細胞則對此不敏感。

綜上所述，本研究闡明了一條由RPA耗竭觸發的、SLFN11介導的細胞監控通路。當細胞因PrimPol缺失或遭受特定復制壓力源（如DNA聚合酶α抑制）而經歷高強度復制壓力時，RPA的耗竭導致單鏈DNA裸露，進而直接激活SLFN11及其下游的凋亡通路，從而清除那些基因組不穩定性過高的細胞。這為理解SLFN11在癌癥化療反應中的作用、以及開發通過誘導RPA耗竭來特異性殺傷高復制壓力腫瘤細胞的新策略提供了重要理論基礎。

https://doi.org/10.1038/s41556-025-01852-1

制版人： 十一

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