USP37：克服BRCA1缺陷癌症PARPi耐药的新靶点

PARP抑制剂（PARPi）通过合成致死效应显著改善BRCA突变肿瘤疗效，但耐药性（如同源重组恢复或复制叉稳定化）导致50%以上患者治疗失败。

近期，《NUCLEIC ACIDS RESEARCH》在线发表了题为"USP37 counteracts HLTF to protect damaged replication forks and promote survival of BRCA1-deficient cells and PARP inhibitor resistance"的研究论文。本研究通过全基因组CRISPR筛选鉴定出去泛素化酶USP37为BRCA1缺陷细胞是否存活的关键因子。首次发现USP37基因敲除细胞在BRCA1缺陷时出现合成致死效应，并揭示其通过稳定复制叉克服包括53BP1缺失在内的多类型耐药机制。

文章亮点

1.创新靶点发现：首次建立USP37缺失与BRCA1缺陷的合成致死关系，并通过双基因敲除模型验证；

2.临床耐药突破：USP37缺失可同时逆转HR修复恢复（53BP1缺失）和复制叉稳定化导致的PARPi耐药；

3.治疗靶点验证：USP37酶活是维持ATR抑制下细胞存活所必需的，为药物开发提供明确方向。

一、CRISPR筛选揭示USP37-BRCA1合成致死效应

基于TKOv3慢病毒文库的全基因组CRISPR筛选技术，研究人员在BRCA1可诱导耗竭的HeLa细胞模型中，结合奥拉帕尼（PARPi）处理进行筛选。

筛选结果表明，USP37敲除导致BRCA1缺陷细胞的存活率降低超60%，并使其对奥拉帕尼的敏感性增强4倍。值得注意的是，即使在单纯耗竭BRCA1而未加药的情况下，USP37缺失也足以诱发显著的细胞死亡。为验证这一关键表型，研究人员构建了USP37 KO/BRCA1 mAID-HeLa双敲细胞模型，成功证实了该合成致死效应的可重复性。

图1. BRCA1缺陷细胞中USP37缺失对细胞存活率的影响

二、USP37缺失引发复制叉灾难性崩溃

通过DNA纤维分析（IdU/CldU双标记）和羟基脲（HU）诱导复制应激，研究人员深入探究了USP37缺失的分子表型。

在DNA损伤表征方面，BRCA1缺陷的USP37敲除（KO）细胞中，γH2AX焦点数量增加3.5倍；经PARPi处理后，该数值进一步升至5倍。微核形成率分析显示，USP37 KO使BRCA1缺陷细胞的微核率从8%上升至35%。

更重要的是，DNA纤维实验评估复制叉稳定性发现，BRCA1缺陷本身导致表征新生DNA长度的CldU/IdU比值降低40%，表明新生DNA降解；而USP37敲除使该比值进一步降至28%，证实了复制叉保护功能的丧失。关键对照实验显示，RAD51灶形成无差异，排除了同源重组（HR）修复途径参与此过程的可能性。

图2. USP37缺失对BRCA1缺陷细胞基因组不稳定性和复制叉稳定性的影响

三、USP37-RPA去泛素化维持复制叉完整性

为阐明分子机制，研究人员进行了免疫共沉淀（Co-IP）和体内去泛素化实验。

Co-IP实验证实Myc-USP37能够下拉SFB-RPA1、RPA2和RPA3，表明USP37与RPA复合物存在直接相互作用；

去泛素化功能分析显示，表达野生型USP37（WT）能使RPA2-泛素结合物水平减少70%，而催化死亡突变体USP37 C350S则无此效应；相应地，在USP37 KO细胞中RPA2泛素化水平增加了2倍；

酶活依赖性验证实验进一步证实，回补野生型USP37能够完全恢复因USP37缺失导致的细胞对ATR抑制剂（ATRi）敏感性，并降低染色质上RPA的负载量，而回补催化死亡突变体C350S则无法挽救这些表型。

图3. USP37酶活依赖性的功能验证

四、USP37-HLTF拮抗轴调控复制应激响应

通过在USP37基因敲除细胞中进行二次CRISPR筛选，研究人员确定HLTF是挽救该表型的关键基因。

机制上，BrdU免疫荧光检测显示，USP37 KO导致羟基脲（HU）诱导的复制叉反转（BrdU灶）增加了三倍。这一效应使USP37缺失导致复制叉反转增加的USP37/HLTF双敲除（DKO）细胞被恢复到正常的野生型水平。

功能上，在BRCA1缺陷细胞中，敲低HLTF使得USP37 KO细胞在PARP抑制剂处理后的存活率提高了50%。

以上研究表明，USP37通过限制HLTF在复制叉上的积累，维护复制叉稳定性，防止复制叉降解，从而减少双链断裂。

图4. HLTF缺失对USP37缺失细胞表型的挽救效应

总结与展望

本研究深入探讨了USP37在复制叉稳定性中的关键作用，首次揭示了其通过双重机制保护复制叉：去泛素化RPA以避免复制叉的过度稳定化，以及通过拮抗HLTF的功能来防止复制叉反转。

未来，进一步深入研究USP37与HLTF在染色质上的相互作用机制，将有助于揭示其在DNA修复过程中的精确分子调控，为相关疾病的治疗提供理论依据和实践方向。