DNA-PKcs在重离子辐射诱导肿瘤细胞DSB损伤应答中的作用机制研究

DNA double strand break (DSB) is the main cause of cancer cell death induced by heavy ion irradiation，however，the DNA repair by tumor cells is one of the most important factors which lead the radioresistance. The key problem in this study is how to effectively inhibit DSB repair and enhance the radiosensitivity of tumor cells. We preliminary studies discovered that DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs) plays a central role in the selection of DSB repair modes. It is thus speculated that DNA-PKcs is a critical link that contacts heavy ion induced DSB damages with radiosensitivity of cancer cells. In this application project, taking tumor cells with different DNA-PKcs status as research object, the activity of DNA-PKcs and the recruitment process of DSB repair initiation protein were analyzed to confirm the pivotal role and regulation mechanism of DNA-PKcs in the selection of homologous recombination and non-homologous end joining repair pathway, on this foundation, the intervention of DNA-PKcs induced competitive antagonism of DSB repair and the radiosensitivity of tumor cells were elucidated. Thus this project will reveal the molecular mechanisms of DNA-PKcs in radioresistance of cancer cells and design tumor targeted protein for heavy ion radiotherapy, and establish foundations for promoting cancer curative effects of heavy ions.

DNA双链断裂（DSB）是重离子诱导癌细胞死亡的主要原因，但肿瘤细胞自身DNA修复是导致其辐射抗拒最重要的因素之一。如何有效抑制DSB修复，增强肿瘤细胞辐射敏感性是本课题亟待解决的关键问题。我们已有研究发现，DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位（DNA-PKcs）在重离子诱导的肿瘤细胞DSB修复方式选择中起核心作用。因此推测DNA-PKcs是连接重离子诱导DSB损伤与肿瘤细胞辐射敏感性之间的重要环节。本项目拟以不同DNA-PKcs状态的肿瘤细胞为对象，通过研究重离子辐照后DSB应答起始蛋白的活性及招募过程，明确DNA-PKcs在同源重组和非同源末端连接修复方式选择中的枢纽作用及调控机制，以此为基础，阐明干预DNA-PKcs引起DSB修复方式竞争性拮抗对肿瘤细胞辐射敏感性的影响。本研究旨在揭示DNA-PKcs在肿瘤细胞辐射抗拒中的分子机理，为设计以该蛋白为靶点的重离子放疗增敏技术奠定理论基础。

DNA双链断裂（DSB）是重离子诱导癌细胞死亡的主要原因，但肿瘤细胞自身DNA修复是导致其辐射抗拒最重要的因素之一。如何有效抑制DSB修复，增强肿瘤细胞辐射敏感性是本课题亟待解决的关键问题。通过本项目研究发现，DNA依赖性蛋白激酶催化亚单位（DNA-PKcs）在重离子诱导的肿瘤细胞DSB修复方式选择中起核心作用，DNA-PKcs是连接重离子诱导DSB损伤与肿瘤细胞辐射敏感性之间的重要环节。项目执行中选用不同DNA-PKcs状态的肿瘤细胞为对象，通过研究重离子辐照后DSB应答起始蛋白的活性及招募过程，发现当重离子辐射诱导肿瘤细胞DSB产生时，Ku70/80率先结合在DSB末端，有效抑制DNA-PKcs使其不能与Ku结合，NHEJ修复无法进行。此时，由于Ku未被激活因此无法从DSB位点解除，DSB末端被Ku占据，HR修复也被阻断，可达到一箭双雕的作用，受损DNA得不到修复而使细胞发生死亡，从而提高肿瘤细胞的辐射敏感性。该研究的突出成果在于，第一：明确了抑制DNA-PKcs可阻断非同源末端连接修复并延迟同源重组修复，以及DNA-PKcs在DSB修复中起枢纽作用的机理。第二：明确了抑制DNA-PKcs可提高肿瘤细胞对重离子的辐射敏感性。此外，阐明金雀异黄酮可靶向性的与DNA-PKcs结合并抑制其活性，从而增加肿瘤细胞对重离子的辐射敏感性。因此推断，金雀异黄酮联合重离子是一种非常有前途的肿瘤治疗方式。