合成致死作用中DNA損傷修復(fù)機制的研究

薛蔚雯 任自敬 焦春紅 曾趙軍

合成致死作用中DNA損傷修復(fù)機制的研究

薛蔚雯 任自敬 焦春紅 曾趙軍★

合成致死（Synthetic lethality）作用即生物體內(nèi)多個基因共突變時，會造成無法被機體本身調(diào)控機制修復(fù)的DNA損傷，引發(fā)細胞凋亡。以DNA損傷反應(yīng)與修復(fù)網(wǎng)絡(luò)為背景，通過細胞信號通路中關(guān)鍵位點基因的共突變，來解決腫瘤細胞治療過程中的凋亡逃避，為特定基因遺傳背景的腫瘤治療提供了特異性、個體化的治療方案。三陰性乳腺癌（Triple negative breast cancer，TNBC）通常伴有brca基因缺陷，對其合成致死作用的發(fā)現(xiàn)和深入研究也為惡性腫瘤治療提供了新的方向。本文針對目前研究較為透徹的合成致死基因位點的作用原理及意義進行概述，包括brca、p53、atm/atr等。同時討論了合成致死作用在自殺基因系統(tǒng)和藥物化療兩種惡性腫瘤治療方案中可能存在的積極作用。

合成致死；DNA損傷修復(fù)；惡性腫瘤治療

合成致死（Synthetic lethality）作用是指多個基因同時突變引發(fā)細胞凋亡的一種細胞自身的調(diào)控機制[1]。值得注意的是，這些基因中的一個或非全部的幾個突變將不會引發(fā)細胞凋亡，而是啟動DNA損傷修復(fù)[2]，而使細胞免于凋亡[3,4]。1922年合成致死作用在對果蠅基因組的研究中首次被發(fā)現(xiàn)，Bridges等[5]觀察到pd和pdr雙突變的果蠅不能存活。隨著系統(tǒng)性基因分析法（Systemic genetic analysis，SGA）在以酵母細胞株基因組為研究對象的實驗中被建立，開啟了全基因組合成致死研究的時代[6]。合成致死作用在生物界中普遍存在，且同一生物個體中存在的合成致死途徑也不單一。2001年，Simons等[7]首次在人類細胞中對與藥物合成致死的基因位點進行了篩選。這項實驗對治療特定基因突變背景的癌癥藥物篩選具有指導(dǎo)性意義。合成致死作用若僅視為一種細胞自身的適應(yīng)性調(diào)控機制，必會被禁錮在理論層面上，其要真正應(yīng)用于惡性腫瘤的臨床治療，還需要以成熟的治療手段為依托。本文將著重論述幾個熱點的合成致死位點及其產(chǎn)生致死作用的原理，并分析它們對惡性腫瘤臨床治療的意義。

1 BRCA基因缺陷型癌細胞中PARP1抑制劑的合成致死作用

乳腺癌和卵巢癌的發(fā)病與人類乳腺癌易感基因1/2 （Breast cancer susceptibility gene1/2，brca1/brca2）的突變有密切的關(guān)系[8]。brca1/brca2基因功能的喪失會直接導(dǎo)致無錯同源重組修復(fù)缺失，致使單鏈退火（Single strand annealing，SSA）和非同源末端連接（Non-homologous end joining，NHEJ）等保真性差，易導(dǎo)致突變的修復(fù)途徑介導(dǎo)損傷修復(fù)[9]。brca1突變的HR缺陷型細胞雖可耐受該基因的突變，但DNA損傷的持續(xù)積累會使細胞易惡變?yōu)榘┘毎?%~10%的乳腺癌由brca及相關(guān)基因突變引起，為有特定遺傳背景的遺傳性乳腺癌[10]。雖然散發(fā)性乳腺癌中通常檢測不到brca突變，但其對應(yīng)的mRNA及蛋白質(zhì)含量較正常細胞均呈顯著降低趨勢[11]。

作為重要的抑癌基因產(chǎn)物，BRCA參與多種DNA損傷修復(fù)過程。特別是在同源重組（Homologous recombination，HR）介導(dǎo)的雙鏈斷裂修復(fù)（Doublestrand break repair，DSBR）中參與方式多樣，作用機制復(fù)雜。以BRCA1為例：通過C端BRCT（BRCA1 carboxyl-terminal）磷酸化肽結(jié)合結(jié)構(gòu)域與磷酸化組蛋白H2AX結(jié)合，進而與MDC1（Mediator of DNA damage checkpoint protein 1）和MRN（Mre11，Rad50 and Nbs1）復(fù)合物作用，激活A(yù)TM（Ataxia telangiectasia mutated）/ATR（Ataxia telangiectasia mutated and Rad3 related）等激酶啟動DBSR通路，募集下游蛋白集結(jié)[12]；通過氨基酸殘基與Rad51作用，促進同源重組修復(fù)中鏈的交換[13]；通過N端RING結(jié)構(gòu)域與BARD1（BRCA1-associated RING domain）形成具有E3泛素連接酶活性的穩(wěn)定異二聚體調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)的泛素化[14]等。BRCA1在細胞中以其兩端的BRCT和RING結(jié)構(gòu)域與多種DNA損傷修復(fù)、腫瘤發(fā)生相關(guān)蛋白相作用，如：PALB2（Partner and localizer of BRCA2），BRIP1（BRCA1-interacting protein 1），BACH1（Basic leucine zipper transcription factor 1），TOPBP1（Topoisomerase IIβ binding protein 1）及RAP80（Receptor-associated protein 80）等，其很可能同腳手架蛋白一樣發(fā)揮著連接通路中其他功能蛋白的中繼作用[15]。同時，編碼BRCT和RING結(jié)構(gòu)域的基因片段也是brca1中最易發(fā)生突變的部分，其突變將導(dǎo)致brca1表達缺失，這使brca2的穩(wěn)定性也大幅下降[16]。多聚二磷酸核糖腺苷聚合酶1[Poly（ADP-ribose）polymerase 1，parp1]基因是DNA損傷修復(fù)的另一關(guān)鍵位點，該種聚合酶參與包括BER，NER及NHEJ在內(nèi)的多個修復(fù)途徑，主要作用方式為連接包括自發(fā)性損傷在內(nèi)的各種單鏈斷裂損傷（Single strand break，SSB）并參與其修復(fù)（SSBR）[17]。與此同時，作為DDB2（Damaged DNA-binding protein 2）的聯(lián)合因子，PARP1在DDB2的影響下負責(zé)招募染色質(zhì)重塑酶ALC1（Amplif i ed in liver cancer 1），修復(fù)由紫外線引起的DNA交聯(lián)[18]；抑制DDB2自身的泛素化，延長蛋白存留時間，使其WD40 重復(fù)結(jié)構(gòu)域發(fā)揮類似腳手架蛋白的作用[19]。

在對有顯著brca缺陷背景的三陰性乳腺癌細胞研究中發(fā)現(xiàn)，brca與parp1有顯著的合成致死作用。由于BRCA和PARP1均同時作用于損傷修復(fù)通路中的多個環(huán)節(jié)，因此對于這個現(xiàn)象存在著多種互不排他解釋，早期被廣泛認同的是：PARP1功能的缺失或抑制將造成SSBR缺陷，這時一旦復(fù)制叉遇到SSBs就會轉(zhuǎn)化為DSBs途徑進行修復(fù)，這種轉(zhuǎn)變開始于γ-H2AX和Rad51病灶的產(chǎn)生[20,21]。細胞中的DSBs主要通過重組修復(fù)恢復(fù)正確的遺傳信息，這一修復(fù)包括發(fā)生在G1期的NHEJ和在S期末及G2期進行的無錯HR。但這種由SSBs轉(zhuǎn)化而成的特殊單一末端DSBs將無法進行主要由Ku70-Ku80異二聚體指導(dǎo)，XLF（XRCC4-like factor）和DNA連接酶Ⅳ參與的NHEJ修復(fù)過程，只能依賴于由MRN復(fù)合體和CtIP介導(dǎo)的HR途徑進行修復(fù)[22]。有實驗表明在野生型細胞中加入PARP1抑制劑處理24 h之后不會發(fā)生顯著地細胞存活降低[23]，即在HR損傷修復(fù)功能正常時，SSBs被代償修復(fù)之后細胞DNA不會明顯受損。但在brca缺陷型細胞中，由于該基因的缺失造成HR損傷修復(fù)途徑無法正常行使功能，SSBs將轉(zhuǎn)化為復(fù)制偶聯(lián)DBSs而大量積累，最終引起細胞凋亡。但隨著研究的深入，發(fā)現(xiàn)該作用發(fā)生的主導(dǎo)機制與PARP抑制劑導(dǎo)致PARP1在DNA修復(fù)過程中滯留于DNA損傷處，進而導(dǎo)致可由BRCA作用解除的復(fù)制叉阻滯，或PARP對同源重組修復(fù)具有直接的催化作用[24]有關(guān)。但無論是什么機制在起作用，PARP抑制劑在brca缺陷型細胞中合成致死作用的明顯效果已讓人們迫不及待的將這項理論結(jié)果實踐于臨床。PARP抑制劑在以哺乳類模式生物為對象的試驗中已初見成效，但也有研究顯示brca1缺陷型細胞可能通過二次突變或刪除、沉默53BP1等方式來避免與parp合成致死。在53BP1耗竭型細胞中，RAD51將會通過RNF8進行非BRCA1依賴性,不引起RPA（Replication protein A）集結(jié)和磷酸化的損傷應(yīng)答和修復(fù)，這也稱為合成存活現(xiàn)象[25]。RNF8抑制劑被認為可以在brca突變，53BP1低表達的癌細胞中初步消除合成存活現(xiàn)象，但是否會引起腫瘤細胞啟動其他旁路機制還有待研究。PARP抑制劑也可能會誘導(dǎo)brca2缺陷型細胞進行次級基因內(nèi)刪除，以產(chǎn)生新的有HR能力的brca2亞型最終獲得對PARP抑制劑的抗性[26]。針對這些機制的研究還在不斷深入的過程中。

圖1 經(jīng)典的DNA損傷應(yīng)答系統(tǒng)Figure 1 Classic DNA damage response systems

2 p53相關(guān)的合成致死作用

p53是已知最重要的抑癌基因之一，50%~70%的卵巢癌，大腸癌及頭頸癌病例可檢測出p53的缺失或突變，其穩(wěn)定和活化由翻譯后修飾機制精確調(diào)控[27]。作為重要的轉(zhuǎn)錄因子，p53在多項細胞調(diào)節(jié)通路中起著重要作用：受上游激酶系統(tǒng)PI3-kinase/Akt控制其四聚體N端激活結(jié)構(gòu)域，DNA連接結(jié)構(gòu)域和C端四聚體化結(jié)構(gòu)域能通過轉(zhuǎn)錄活化手段正調(diào)控凋亡相關(guān)基因BAX（BCL-2 associated X protein），PUMA（p53 upregulated modulator of apoptosis）等的表達及負調(diào)控抑制凋亡的BCL-2（B-cell lymphoma 2），存活素等作用于凋亡機制[28,29,30]；對細胞的生存壓力變化進行應(yīng)答，如：通過調(diào)控谷胱甘肽過氧化物酶（GPX），醛脫氫酶（ALDH）等的表達對低水平氧化壓力進行反應(yīng)[31]。p53的合成致死主要有賴于其上調(diào)p21cip1及GADD45表達，抑制cyclin B/CDK2復(fù)合物作用并造成cyclin E/CDK2復(fù)合物失去磷酸化pRb的能力[32,33]，非磷酸化pRb將保持與E2F結(jié)合，以pRb/E2F復(fù)合物形式穩(wěn)定存在造成細胞阻滯S期，G2期[34]的DNA損傷檢查調(diào)控，p53磷酸化蛋白質(zhì)的聚集是細胞阻滯G1期的主要特征。細胞周期檢查點由感受器、中介因子、轉(zhuǎn)導(dǎo)因子和效應(yīng)器四部分構(gòu)成，其中感受器以PIKKs（Phosphatidylinositol-3-kinase like protein kinases）家族為主，包括主要參與DSBs修復(fù)的ATM及參與SSBs修復(fù)的ATR[35]。效應(yīng)器種類眾多，本質(zhì)多為激酶類功能蛋白，以調(diào)節(jié)CDK的Cdc25家族為代表，其中包括Chk1，Chk2及被p38在下游激活的MK2（MAPKAP-K2）受體激酶。p38MAPK-MK2途徑為細胞的生存壓力感應(yīng)途徑。毒素侵害，滲透壓改變或受到熱沖擊等可啟動p38-MK2途徑，其激活有賴于經(jīng)典的損傷反應(yīng)途徑ATM-Chk2或ATR-Chk1的活化[36]。經(jīng)典的DNA損傷應(yīng)答系統(tǒng)如圖一。

p53突變細胞由于檢查點功能缺陷，會形成DNA損傷的復(fù)制偶聯(lián)擴增并不能有效地進行受損細胞的檢查阻滯，這最終會導(dǎo)致細胞惡變。而在p53突變腫瘤細胞中對周期損傷檢查通路中的其他重要位點如atm/atr的表達進行阻斷將達到理想的合成致死效果。雖然已知干預(yù)ATR-Chk1通路易造成機制不明的副作用或次生惡變，但Chk2及MK的阻斷均可于p53突變型癌細胞中引發(fā)合成致死作用[37]，具體可通過Chk抑制劑處理實現(xiàn)。

我們課題組前期開展了一系列有關(guān)自殺基因系統(tǒng)HSV-tk/GCV作用于p53野生型乳腺癌細胞系MCF-7的實驗，希望找出該療法在腫瘤細胞中的具體殺傷機制。通過分析核酸及蛋白表達，發(fā)現(xiàn)其通過p53依賴上調(diào)p21cip1途徑抑制cyclinE/CDK2作用，使腫瘤細胞周期阻滯S期。說明MCF-7細胞在抵御GCVTP施加的生存壓力時，p53介導(dǎo)的G1/S周期阻滯是細胞賴以生存的重要機制。目前我們感興趣的是，將自殺基因系統(tǒng)HSV-tk/GCV用于p53缺陷型腫瘤細胞是否會如我們預(yù)期的產(chǎn)生理想的合成致死效果，還是會促使細胞通過其他平行的非p53依賴機制代償缺陷，出現(xiàn)合成致死的逃避現(xiàn)象。對自殺基因系統(tǒng)HSV-tk/GCV作用于p53缺陷型腫瘤細胞引發(fā)的具體分子機制的研究，將為合成致死作用的深入和惡性腫瘤的臨床治療起到積極作用。

3 錯配修復(fù)中的合成致死作用

錯配修復(fù)（Mismatch repair，MMR）是細胞在DNA復(fù)制階段對錯配堿基進行切除，替換的修復(fù)形式。與錯配修復(fù)相關(guān)的功能基因主要有：MLH1，MSH2，MSH6和PMS2[38,39]。一般認為這些基因的突變會導(dǎo)致MMR缺陷型細胞的產(chǎn)生，這種細胞的突變率是正常細胞的100~1000倍。經(jīng)典的MMR途徑中有兩種主要的異二聚體功能蛋白——MutS和MutL。錯配修復(fù)的經(jīng)典途徑為：MutS結(jié)合錯配位點并募集中介分子MutL，MutS/MutL復(fù)合體以ATP為能量驅(qū)動向下游滑動，遇到單鏈缺口時MutS/MutL復(fù)合體便通過結(jié)合輔助蛋白PCNA（Proliferating Cell Nuclear Antigen），RFC（replication factor C）等固定在缺口處并由核酸外切酶EXO1，DNA聚合酶及連接酶相繼作用完成修復(fù)[40,41]。上述復(fù)制偶聯(lián)損傷引起的MMR與由外界藥物和化學(xué)制劑引發(fā)的MMR組成完整的錯配修復(fù)。由外界藥物或經(jīng)化學(xué)誘變劑處理的細胞中MMR途徑的激活伴隨細胞周期檢測途徑（如ATM/ATR依賴型細胞捕獲）的活化[42]?？梢?，錯配修復(fù)與周期檢查機制的密切協(xié)作。在MMR缺陷型細胞中利用Chk抑制劑，CDK抑制劑等阻遏周期檢測途徑很可能會對腫瘤細胞起到可觀的殺傷效果。由PINK1（PTEN-induced putative kinase 1）抑制劑會引起MMR缺陷型細胞出現(xiàn)大量氧化性損傷這一現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)MSH2、MSH6或MLH1功能喪失而形成的MMR缺陷細胞會因PINK1基因的沉默而發(fā)生合成致死作用。目前有關(guān)MSH2缺陷轉(zhuǎn)移性結(jié)腸直腸癌（MSH2-def i cient metastatic colorectal cancer，MESH）的合成致死研究已進入臨床試驗階段。通過對不同種錯配修復(fù)相關(guān)基因缺陷的細胞進行分析，發(fā)現(xiàn)它們的致死途徑并不完全相同，如用制斑素和DNAβ聚合酶處理MSH2缺陷型細胞和MLH1缺陷型細胞時凋亡率會出現(xiàn)顯著差異[43]，更具體的機制還有待深入研究。

4 合成致死網(wǎng)絡(luò)的研究

合成致死作用的研究以DNA損傷修復(fù)系統(tǒng)為背景，該系統(tǒng)由眾多分工不同的抑癌基因和癌基因產(chǎn)物構(gòu)成，其中補充功能性的蛋白質(zhì)，如：磷酸化酶，乙酰化酶等完善整個體系。在Masafumi等[44]對c-Myc過表達細胞系中合成致死位點的篩選中，得到了49個可信位點。其中大部分位點的突變或抑制將引起損傷增加并積累，剩余的與蛋白質(zhì)的翻譯后修飾(以組蛋白乙?；癁橹?及轉(zhuǎn)錄延長等調(diào)控機制相關(guān)，如TRRAP和BRD4。動物活體內(nèi)實驗也發(fā)現(xiàn)了潛在的合成致死位點，CSNK1e。這項研究提示我們癌基因與抑癌基因在合成致死作用中都具有重要的意義。Zhenyu Yang等[45]在近期對兩種酵母的基因群進行分析之后，對合成致死基因網(wǎng)絡(luò)給出結(jié)論：細胞中各種功能基因形成平行/匯聚的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)某一組平行通路中的各條路徑發(fā)生不少于一個的功能基因突變時，就可能引起合成致死。這使我們開始重視合成致死機制可能存在的規(guī)律性，對合成致死位點及基于合成致死作用的腫瘤治療藥物的篩選提供了方向。

5 展望

合成致死作用是以DNA損傷反應(yīng)及修復(fù)系統(tǒng)為背景，普遍存在于各類生物細胞中的一種調(diào)控機制，理論基礎(chǔ)為多個基因同時突變或受到損傷時對DNA損傷反應(yīng)、修復(fù)過程會造成更加全面的阻斷，造成DNA損傷積累而引發(fā)細胞凋亡。由于DNA損傷反應(yīng)、修復(fù)網(wǎng)絡(luò)的旁路眾多，復(fù)雜性高及調(diào)控的規(guī)律還尚不明確，目前相關(guān)研究還未廣泛實踐于臨床治療。合成致死作用可針對特定基因缺陷型，如Rb，p53，BRCA和Myc等缺陷引起的腫瘤開展治療，預(yù)期具有針對性好，副作用小等優(yōu)勢。我們期待在不久的將來，合成致死作用將廣泛應(yīng)用于惡性腫瘤的臨床治療中，幫助人類攻克癌癥治療這一難題。

[1] Kamb A. Mutation load, functional overlap, and synthetic lethality in the evolution and treatment of cancer[J]. J Theor Biol, 2003, 223(2): 205-213.

[2] Mizuarai S, Kotani H. Synthetic lethal interactions for the development of cancer therapeutics: biological and methodological advancements[J]. Hum Genet, 2010, 128(6): 567-575.

[3] Tabocchini M A, Campa A, Dini V. DNA and cellular effects of charged particles[J]. Health Phys, 2012, 103(5): 547-555.

[4] Crown J, O'shaughnessy J, Gullo G. Emerging targeted therapies in triple-negative breast cancer[J]. Ann Oncol, 2012, 23 Suppl 6: vi56-vi65.

[5] Bridges C B, Brehme K S. The mutants of Drosophilamelanogaster[J]. Carnegie Inst: Wash Publ, 1944, 252-257.

[6] Tong A H, Lesage G, Bader G D, et al. Global mapping of the yeast genetic interaction network[J]. Science, 2004, 303(5659): 808-813.

[7] Simons A, Dafni N, Dotan I, et al. Establishment of a chemical synthetic lethality screen in cultured human cells[J]. Genome Res, 2001, 11(2): 266-273.

[8] Novakovi? S, Milatovi? M, Cerkovnik P, et al. Novel BRCA1 and BRCA2 pathogenic mutations in Slovene hereditary breast and ovarian cancer families[J]. Int J Oncol, 2012, 41(5): 1619-1627.

[9] Reinhardt H C, Jiang H, Hemann M T, et al. Exploiting synthetic lethal interactions for targeted cancer therapy[J]. Cell Cycle, 2009, 8(19): 3112-3119.

[10] Edlich R F, Winters K L, Lin K Y. Breast cancer and ovarian cancer genetics[J]. J Long Term Eff Med Implants, 2005, 15(5): 533-545.

[11] James C R, Quinn J E, Mullan P B, et al. BRCA1, a potential predictive biomarker in the treatment of breast cancer[J]. Oncologist, 2007, 12(2): 142-150.

[12] Reinhardt H C, Yaffe M B. Kinases that control the cell cycle in response to DNA damage: Chk1, Chk2, and MK2[J]. Curr Opin Cell Biol, 2009, 21(2): 245-255.

[13] Nakada S, Yonamine R M, Matsuo K. RNF8 regulates assembly of RAD51 at DNA double-strand breaks in the absence of BRCA1 and 53BP1[J]. Cancer Res, 2012, 72(19): 4974-4983.

[14] Brzovic P S, Rajagopal P, Hoyt D W, et al. Structure of a BRCA1-BARD1 heterodimeric RING-RING complex[J]. Nat Struct Biol, 2001, 8(10): 833-837.

[15] Aly A, Ganesan S. BRCA1, PARP, and 53BP1: conditional synthetic lethality and synthetic viability[J]. J Mol Cell Biol, 2011, 3(1): 66-74.

[16] Guo G S, Zhang F M, Gao R J, et al. DNA repair and synthetic lethality[J]. Int J Oral Sci, 2011, 3(4): 176-179.

[17] Horton J K, Stefanick D F, Zeng J Y, et al. Requirement for NBS1 in the S phase checkpoint response to DNA methylation combined with PARP inhibition[J]. DNA Repair(Amst), 2011, 10(2): 225-234.

[18] Pines A, Vrouwe M G, Marteijn J A, et al. PARP1 promotes nucleotide excision repair through DDB2 stabilization and recruitment of ALC1[J]. J Cell Biol, 2012, 199(2): 235-249.

[19] Luijsterburg M S, Lindh M, Acs K, et al. DDB2 promotes chromatin decondensation at UV-induced DNA damage[J]. J Cell Biol, 2012, 197(2): 267-281.

[20] Lassmann M, H?nscheid H, Gassen D, et al. In vivo formation of gamma-H2AX and 53BP1 DNA repair foci in blood cells after radioiodine therapy of differentiated thyroid cancer[J]. J Nucl Med, 2010, 51(8): 1318-1325.

[21] Oplustilova L, Wolanin K, Mistrik M, et al. Evaluation of candidate biomarkers to predict cancer cell sensitivity or resistance to PARP-1 inhibitor treatment[J]. Cell Cycle, 2012, 11(20): 3837-3850.

[22] Langerak P, Russell P. Regulatory networks integrating cell cycle control with DNA damage checkpoints and doublestrand break repair[J]. Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci, 2011, 366(1584): 3562-3571.

[23] Farmer H, Mccabe N, Lord C J, et al. Targeting the DNA repair defect in BRCA mutant cells as a therapeutic strategy[J]. Nature, 2005, 434(7035): 917-921.

[24] Helleday T. The underlying mechanism for the PARP and BRCA synthetic lethality: clearing up the misunderstandings[J]. Mol Oncol, 2011, 5(4): 387-393.

[25] Dhillon K K, Swisher E M, Taniguchi T. Secondary mutations of BRCA1/2 and drug resistance[J]. Cancer Sci, 2011, 102(4): 663-669.

[26] Edwards S L, Brough R, Lord C J, et al. Resistance to therapy caused by intragenic deletion in BRCA2[J]. Nature, 2008, 451(7182): 1111-1115.

[27] Lane D P, Brown C J, Verma C, et al. New insights into p53 based therapy[J]. Discov Med, 2011, 12(63): 107-117.

[28] Nayak G, Cooper G M. p53 is a major component of the transcriptional and apoptotic program regulated by PI 3-kinase/Akt/GSK3 signaling[J]. Cell Death Dis, 2012, 3: e400.

[29] Yu J, Zhang L. PUMA, a potent killer with or without p53[J]. Oncogene, 2008, 27 Suppl 1: S71-S83.

[30] Lv X, Yu X, Wang Y, et al. Berberine inhibits doxorubicin-triggered cardiomyocyte apoptosis via attenuating mitochondrial dysfunction and increasing Bcl-2 expression[J]. PLoS One, 2012, 7(10): e47351.

[31] Zhang X, Zhu Y, Geng L, et al. Artemis is a negative regulator of p53 in response to oxidative stress[J]. Oncogene, 2009, 28(22): 2196-2204.

[32] Mirzayans R, Andrais B, Scott A, et al. New insights into p53 signaling and cancer cell response to DNA damage: implications for cancer therapy[J]. J Biomed Biotechnol, 2012, 2012: 170325.

[33] Niehrs C, Sch?fer A. Active DNA demethylation by Gadd45 and DNA repair[J]. Trends Cell Biol, 2012, 22(4): 220-227.

[34] Santoni-Rugiu E, Falck J, Mailand N, et al. Involvement of Myc activity in a G(1)/S-promoting mechanism parallel to the pRb/E2F pathway[J]. Mol Cell Biol, 2000, 20(10): 3497-3509.

[35] Matsuoka S, Ballif B A, Smogorzewska A, et al. ATM and ATR substrate analysis reveals extensive protein networks responsive to DNA damage[J]. Science, 2007, 316(5828): 1160-1166.

[36] Reinhardt H C, Aslanian A S, Lees J A, et al. p53-deficient cells rely on ATM- and ATR-mediated checkpoint signaling through the p38MAPK/MK2 pathway for survival after DNA damage[J]. Cancer Cell, 2007, 11(2): 175-189.

[37] Brown E J, Baltimore D. ATR disruption leads to chromosomal fragmentation and early embryonic lethality[J]. Genes Dev, 2000, 14(4): 397-402.

[38] Berginc G, Bracko M, Ravnik-Glavac M, et al. Screening for germline mutations of MLH1, MSH2, MSH6 and PMS2 genes in Slovenian colorectal cancer patients: implications for a population specif i c detection strategy of Lynch syndrome[J]. Fam Cancer, 2009, 8(4): 421-429.

[39] Mukherjee S, Ridgeway A D, Lamb D J. DNA mismatch repair and infertility[J]. Curr Opin Urol, 2010, 20(6): 525-532.

[40] Ikejima M, Shimada T. Mismatch repair protein[J]. Gan To Kagaku Ryoho, 1997, 24(11): 1392-1400.

[41] Modrich P, Lahue R. Mismatch repair in replication fi delity, genetic recombination, and cancer biology[J]. Annu Rev Biochem, 1996, 65: 101-133.

[42] Yoshioka K, Yoshioka Y, Hsieh P. ATR kinase activation mediated by MutSalpha and MutLalpha in response to cytotoxic O6-methylguanine adducts[J]. Mol Cell, 2006, 22(4): 501-510.

[43] Martin S A, Lord C J, Ashworth A. Therapeutic targeting of the DNA mismatch repair pathway[J]. Clin Cancer Res, 2010, 16(21): 5107-5113.

[44] Toyoshima M, Howie H L, Imakura M, et al. Functional genomics identifies therapeutic targets for MYC-driven cancer[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2012, 109(24): 9545-9450.

[45] Yang Z, Sankoff D. Generalized adjacency and the conservation of gene clusters in genetic networks def i ned by synthetic lethals[J]. BMC Bioinformatics, 2012, 13 Suppl 9: S8.

DNA damage and repair mechanism in the synthetic lethal interactions

XUE Weiwen, REN Zijing, JIAO Chunhong, ZENG Zhaojun★
(Molecular Biology Research Center, School of Biological Science and Technology, Central South University, Hunan, Changsha 410078, China)

Synthetic lethality is a phenomenon that the cell apoptosis generate when correlative mutations of two or more genes happen in one cell. Regarding the network of DNA damage respond and repair as the background, synthetic lethality may provide a feasible proposal to deal with the apoptosis escapement within cancer cells, and will hopefully give a new method for treating DNA repair-defective human cancers. The defect of brca gene leads this phenomenon in triple negative breast cancer, which is a fundament to further this research. In this review, we discuss recent advances including the breast cancer susceptibility gene, p53, atm/atr and so forth. At the same time, we analyse some appearing pathways in posse when the synthetic lethality phenomenon combined with a system of suicide genes or chemotherapeutics.

Synthetic lethality; DNA damage repair; Therapy of carcinoma

國家自然科學(xué)基金資助項目（81172154）；湖南省大學(xué)生研究性和創(chuàng)新性實驗資助項目（BY12071）；中南大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練資助項目（CL11230）

中南大學(xué)生物科學(xué)與技術(shù)學(xué)院分子生物學(xué)研究中心，湖南，長沙 410078

★通訊作者：曾趙軍，E-mail:zengzj71@sina.com