PNAS | 中山大学蔡木炎团队揭示TAOK1磷酸化USP7促进HR修复新机制研究背景
DNA修复机制对于维持基因组稳定性至关重要，而肿瘤细胞常因DNA修复通路缺陷导致基因组不稳定性和突变率增加。这些缺陷使肿瘤细胞依赖替代途径来管理DNA损伤，从而暴露出可通过“合成致死”效应加以利用的脆弱性。聚（ADP-核糖）聚合酶（PARP）抑制剂是一类利用合成致死策略获得临床批准的药物，特别适用于治疗同源重组（HR）缺陷的癌症。
然而，只有约20%的肿瘤存在内在的DNA修复缺陷，且近一半的HR缺陷肿瘤因继发性突变和其他补偿机制而对PARP抑制剂产生耐药性。因此，迫切需要寻找更多能够使肿瘤对PARP抑制剂敏感化的治疗策略，而不依赖于HR缺陷状态。膀胱癌是泌尿系统最常见的恶性肿瘤之一，晚期治疗面临显著挑战。尽管铂类化疗是晚期膀胱癌的标准治疗，但常伴随严重副作用且反应率低。约20%至50%的肌肉浸润性膀胱癌存在DNA损伤反应通路的改变，这与更高的肿瘤突变负荷和对顺铂化疗及免疫治疗的增强敏感性相关。PARP抑制剂已获批用于前列腺癌治疗，且正在评估其在膀胱癌中的疗效，但确定合成致死的最佳靶点仍具挑战性。
2025年3月25日，中山大学蔡木炎团队发表在PNAS上题为TAOK1 promotes filament formation in HR repair through phosphorylating USP7 的研究通过高通量激酶抑制剂筛选，发现千与一氨基酸蛋白激酶1（TAOK1）在DNA损伤反应中发挥关键作用。TAOK1通过磷酸化去泛素化酶USP7，促进其活性，防止HR修复中关键蛋白RAD51的泛素化降解，从而维持HR修复功能。研究结果表明，TAOK1的遗传缺失或药理抑制可破坏HR修复，增加肿瘤细胞对PARP抑制剂的敏感性，为克服PARP抑制剂耐药性提供了新的治疗策略，并为TAOK1突变肿瘤的临床治疗提供了重要依据。
图1 TAOK1/2抑制剂的筛选与鉴定
2）TAOK1在DNA修复中的作用。为了探究TAOK1在DNA修复中的作用，研究人员进行了一系列实验并发现TAOK1缺失导致DNA双链断裂累积增加，而TAOK1WT过表达能够逆转这一效应。通过使用直接重复绿色荧光蛋白（DR-GFP）和末端连接5-GFP(EJ5-GFP）报告基因检测，他们确定TAOK1缺失降低了HR修复效率，但对非同源末端连接（NHEJ）活性没有显著影响。此外，他们观察到TAOK1缺陷细胞在RAD51丝状体形成中显著减少，而RPA32丝状体形成不受影响，表明TAOK1特异性调节HR修复通路中的丝状体形成过程。
图2 TAOK1在DNA修复中的作用
3）TAOK1对USP7的磷酸化及其功能。通过免疫沉淀-质谱分析，研究人员鉴定出泛素特异性肽酶7(USP7）作为TAOK1的潜在底物。他们证实TAOK1能通过磷酸化USP7的S255位点来激活其去泛素化活性，从而防止RAD51的泛素化和蛋白酶体降解。USP7的S255E磷酸模拟突变体能够恢复TAOK1缺陷细胞的HR修复能力和对PARP抑制剂的抵抗性，而野生型USP7或S255A突变体则不能。此外，研究人员开发了一种靶向USP7磷酸化位点的阻断肽（TAT-255），这种肽能够破坏TAOK1-USP7信号通路，损害HR修复，增加PARP抑制剂的敏感性。
图3 TAOK-1介导的USP7在S255位点的磷酸化对HR修复至关重要
4）TAOK1缺失或抑制的体内抗肿瘤效果。在小鼠异种移植模型和患者来源的类器官（PDO）模型中，TAOK1缺失或抑制显著增强了PARP抑制剂的抗肿瘤效果。TAOK1-KO肿瘤或与TAOK1抑制剂联合治疗的肿瘤在PARP抑制剂处理后表现出RAD51蛋白水平降低和DNA损伤标记物γ-H2AX表达增加。临床数据分析表明，膀胱癌中TAOK1表达水平与RAD51表达呈正相关，并且高表达的TAOK1和RAD51与膀胱尿路上皮癌患者的较差无病生存期相关。
图4 TAOK1缺失或抑制的体内抗肿瘤效果