MRN复合体基因在头颈肿瘤治疗中的应用概况.doc

1MRN 复合体基因在头颈肿瘤治疗中的应用概况【关键词】 MRN 复合体；DNA 双链断裂；放射敏感性MRN 复合体是由 Mre11、Rad50 及 Nbs1 三个亚单位组成的一种高度保守的蛋白复合体，是最先识别 DNA 双链断裂并发出信号的反应子近来研究证实：它在 DNA 双链断裂（Double Strains Breaks,DSBs）修复过程中，发挥着至关重要的作用［1，2 ］ 1.MRN 复合体的基本结构MRN 复合体中的 3 个亚基蛋白含有多个结构域，这确保了它在对 DSBs 反应中，具备建筑学上的、结构学上的、酶的、感觉的以及信号传导的功能［3］ MRN 复合体的形成是通过 Mre11 内切酶直接作用，将 Nbs1、 Rad50 及 DNA 绑定在一起Rad50 是一种维持染色体结构稳定的相关蛋白，含有 ATP 绑定盒 ATP 酶（ATP binding cassette ATPase） 、锌钩（Zn hook）以及卷曲螺旋（coiled coils ）等结构通过这些结构，桥连 DNA 两侧断端，易化 Mre11 对 DNA 末端的加工而 Nbs1 亚基 N 末端含有FHA(forkhead associated　domain) 结构域和 BRCT(C terminal of a breast cancer susceptibility protein)结构域；其 C 末端含有ATM 激酶(ataxia telangiectasia mutated kinase)与 Mre11 交互2反应的结构域等。

通过这些结构域，在 MRN 复合体中发挥功能作用2.MRN 复合体的基本功能作用在 DSBs 修复过程中，MRN 复合体至少有 3 个相互关联的重要作用：①快速识别 DSBs 并建立蛋白  核酸固定框架；②启动 DSBs识别和细胞周期检控点信号网络传导，并经 ATM 激酶建立 DSBs外部识别标志；③调节 DSBs 周围染色质的改建MRN 复合体启用同源重组和非同源末端连接两种方法修复 DSBs，这两种不同的修复方式可起到相互协同的作用在控制人体细胞 DSBs 修复通路上，正是 MRN 复合体发挥中心桥梁的作用［3］ 一般认为，细胞周期检控点的激活过程是：MRN 复合体中的感应元检测到 DNA 损伤后，立即传导信号给 ATM 激酶，然后 ATM 发信号给其下游的效应子，再由效应子来调节细胞周期运转另外，MRN 复合体在 DNA 复制和端粒长度维持上，也发挥重要作用［4， 5］ MRN 复合体中的三个亚单位基因突变可引起 DSBs 的识别和修复功能障碍，从而引起独特的遗传疾病Nbs1 基因突变可引起Nijmegen 断裂综合征 (Nijmegen Breakage Syndrome，NBS)；Mre11 基因突变可引起共济失调毛细血管扩张样疾患（Ataxia Telangiectasia Like Disorder，ATLD ） 。

这两种遗传疾3病表现相似，主要有：基因组的不稳定性、辐射极度敏感性、癌症的易感性以及神经退化病［6～9 ］等而 NBS 和 ATLD 与 ATM 基因突变所引起的 A T疾病患者也有着相似的临床表现和细胞表型，这些表现包括：细胞染色体不稳定，放射敏感性以及细胞周期检控点缺陷等因此，认为 MRN 复合体与 ATM 在同一个信号通路上发挥对 DSB 的识别和修复功能作用［10,11］ ATM 激酶是另一个重要的细胞 DNA 损伤修复相关的调节子,它是一种 DNA 修复激酶在正常细胞中，ATM 以无活性的二聚体或高度有序的多聚体形式存在面对电离辐射，ATM 被激活，二聚体解体，形成单体，并快速地自我磷酸化在 ATM 的激活过程中，MRN 充当最初的感应元体外实验证实：MRN 可以直接激活ATM，在此过程中，Nbs1 充当具有调节功能的适配子活化的ATM 酶磷酸化其下游的，与细胞周期检控点、细胞凋亡反应和DNA 修复相关的一系列酶底物，包括：p53,Chk2,BRCA1,RPAp34,H2AX,SMC1,FANCD2,Rad17,Artemis and Nbs1 等，并启动细胞周期检控点 G1/S、S 和 G2/M 来调控细胞周期，以利于 DSB 的修复［12］ 。

总之，MRN 复合体是 DSBs 最初发现者和信号传导者，在DSBs 修复中起骨架桥梁作用，并在 DSBs 发生早期募集 ATM 酶，启动 DSBs 的修复机制MRN 复合体在 DSBs 修复过程中的作用和4机制，正在引起生物医学界的极大兴趣3.MRN 复合体亚单位基因转染在头颈肿瘤中的应用放疗和化疗均可以引起肿瘤细胞 DNA 链断裂，其中最严重的是DSBs，如果得不到及时修复，细胞可发生直接死亡或者进入程序性死亡［13］ MRN 复合体在细胞 DSBs 修复过程中有着重要的调节作用当前利用 MRN 复合体功能抑制的方法来干扰细胞 DSBs 修复作用，增加肿瘤细胞放、化疗敏感性，以达到治疗肿瘤的目的，这一治疗恶性肿瘤的设计思路已经开始进入实验研究阶段目前，已有学者利用突变型 Nbs1 基因细胞转染破坏 MRN 复合体功能结构，达到肿瘤治疗目的［7］ 其原理是：突变型 Nbs1 与细胞体内正常 Nbs1 竞争性结合 Mre11，形成无活性的 MRN 复合体，从而抑制 MRN 复合体功能Nijmegen 断裂综合征的患者，由于 MRN 复合体中的 Nbs1 基因突变而发病，其中最典型的症状是组织细胞对电离射线的高敏感性。

因此，根据这种罕见基因遗传病表现，有研究者提出：破坏肿瘤细胞 MRN 复合体的功能可以提高细胞的放射敏感性的学说根据这一假设，O’Malley 等人［14］用携带突变型 Nbs1 基因的重组腺病毒体外转染人头颈部鳞状上皮细胞癌来源的细胞系，发现转染突变型 Nbs1 基因的癌细胞生长明显受到抑制，联合应用放射治5疗后可明显增加癌细胞的放疗敏感性，并增强了治疗效果细胞周期实验表明：大多数癌细胞生长周期阻滞在 G2/M 时相端粒酶活性分析显示：转染突变型 Nbs1 基因后，癌细胞端粒酶活性明显下降，联合放疗后细胞端粒酶活性较单纯基因转染治疗效果更加显著结果提示：突变型 Nbs1 基因转染治疗头颈肿瘤细胞，可显著增强放疗效果Rhee 等人［15］构建全长 Nbs1 cDNA 序列的腺病毒载体，然后转染人头颈肿瘤细胞株 JHU011，得出类似的实验结果JHU011 癌细胞株在转染 Nbs1 后，细胞放射敏感性明显增加，细胞生长活性大大降低结果提示：MRN 复合体功能结构的破坏可增加细胞放射的敏感性，对 MRN 复合体功能的干预有望成为肿瘤放射治疗增敏的新靶点肿瘤细胞 DSBs 修复能力的提高是肿瘤细胞对化疗药物产生耐药性的一个基本原因［16］ 。

MRN 复合体在 DNA 双链断裂修复过程中发挥着关键性的作用 Tran 等人［17］用突变型 Nbs1 基因转染人头颈部鳞状细胞癌 JHU006 and JHU029 两个细胞株结果体外细胞生长活性检测分析发现突变型 Ad Nbs1基因转染可显著提高顺铂诱导的细胞毒性中性彗星分析显示：Ad Nbs1 基因转染联合顺铂化疗， 可显著增强细胞 DNA 双链断裂程度研究表明：突变型 Ad Nbs1基因转染可显著提高顺铂诱导的 DNA 双链断裂水平以及细胞毒性，DNA 双链断裂破坏的程度与细胞毒性水平一致，提示抑制肿瘤细胞 MRN 复合体的 DSBs 修复功能可提高肿瘤化疗敏感性，改变细胞 DNA 修复能力可为提高化疗敏感性提供一个新6的方法综上所述，MRN 复合体在细胞 DNA 双链断裂修复中发挥着极其重要的作用正是利用这一功能特性，研究者们试图干扰其DSBs 修复功能以达到抑制肿瘤生长的目的，或者联合放疗或化疗，增强其抗肿瘤作用，减少单一放疗或化疗剂量，以降低其副作用相信随着对 MRN 复合体研究和认识的不断深入，会有更多高效的MRN 复合体功能抑制子被发现( 如利用小分子 RNA 干扰技术抑制MRN 复合体三个亚单位 Mre11、Rad50 及 Nbs1 基因功能)， 对MRN 复合体功能的干预将会在抗肿瘤治疗过程中发挥重要作用。

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