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Nucleic Acids Research
基因编辑新发现:Fen1蛋白对抗53BP1毒性作用,提升细胞对链终止核苷类似物阿罗呋啶的耐受性

2025-07-19

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本研究揭示了Fen1蛋白在细胞应对阿罗呋啶(alovudine)诱导DNA损伤中的关键作用。Fen1通过抑制53BP1的毒性,促进Okazaki片段成熟,从而提升细胞存活率。为抗病毒和抗癌药物研发提供了新的分子靶点。

 

文献概述
本文《The flap endonuclease-1 promotes cellular tolerance to a chain-terminating nucleoside analog, alovudine, by counteracting the toxic effect of 53BP1》,发表于《Nucleic Acids Research》杂志,回顾并总结了Fen1在抑制53BP1毒性作用、缓解alovudine引起的链终止效应中的机制。研究通过基因敲除细胞系、染色体畸变分析、免疫荧光及DNA纤维实验等手段,揭示Fen1在Okazaki片段成熟和DNA损伤修复中的关键功能,为抗病毒和抗癌治疗提供了新思路。

背景知识
链终止核苷类似物(CTNAs)如alovudine,广泛用于抗病毒和抗癌治疗,通过干扰DNA复制终止病毒或肿瘤细胞增殖。然而,细胞对CTNAs的耐受机制尚不完全清楚。Fen1是一种5' flap结构内切核酸酶,在Okazaki片段成熟中起核心作用,并参与长补丁碱基切除修复(BER)。已有研究显示,Fen1突变与多种人类癌症相关。53BP1是DNA双链断裂(DSB)信号传导的关键蛋白,其缺失可恢复BRCA1缺失细胞对alovudine的敏感性。然而,Fen1与53BP1在CTNAs耐受中的具体互作机制仍待深入研究。本研究首次系统性揭示Fen1对53BP1毒性作用的拮抗机制,为基因稳定性与药物敏感性调控提供了新靶点。

 

提供多种基因敲除、条件性敲除及转基因小鼠模型,适用于研究基因在特定组织或疾病中的功能,构建疾病模型并进行药效评估。快速获得同周龄小鼠,支持大规模药物筛选与功能验证。

 

研究方法与实验
研究团队使用了DT40和TK6细胞系,构建FEN1、53BP1、XRCC1、POLB等基因敲除模型,评估细胞对alovudine的敏感性。通过液相培养存活率检测、染色体畸变分析、DNA纤维实验、免疫荧光染色(γH2AX、BrdU、EdU)及中性/碱性彗星实验等手段,评估DNA损伤、Okazaki片段成熟动力学及细胞周期变化。

关键结论与观点

  • FEN1−/−细胞对alovudine表现出更高的敏感性,且Okazaki片段成熟过程严重受阻。
  • 53BP1缺失可显著恢复FEN1−/−细胞对alovudine的超敏感表型,说明Fen1与53BP1在DNA损伤响应中存在拮抗作用。
  • alovudine处理后,FEN1−/−细胞中53BP1焦点显著增加,且与DNA损伤标志物γH2AX高度共定位。
  • Fen1缺失导致Okazaki片段成熟缺陷,进而引发DNA损伤积累,而53BP1缺失可部分缓解这一效应。
  • 研究进一步表明,Fen1通过清除alovudine-incorporated Okazaki片段中的53BP1,促进其加工,从而维持基因组稳定性。

研究意义与展望
本研究首次揭示了Fen1在抑制53BP1毒性作用中的分子机制,为链终止核苷类似物耐受性研究提供了新的视角。未来可进一步探索Fen1作为药物靶点的潜力,或开发53BP1抑制剂以增强CTNAs疗效。此外,该机制可能在肿瘤耐药性调控中具有应用价值。

 

构建全基因组人源化小鼠模型,保留完整基因组序列,支持基因调控、表达模式模拟及精准疾病研究。适用于基因治疗、抗体药效评估及罕见病机制探索。

 

结语
本研究系统解析了Fen1在细胞对抗alovudine诱导DNA损伤中的关键作用。通过基因敲除、荧光染色、彗星实验等多组学手段,研究团队发现Fen1通过抑制53BP1在Okazaki片段中的异常聚集,从而缓解链终止效应并促进DNA修复。该机制不仅揭示了细胞应对核苷类似物的新路径,也为抗病毒和抗癌治疗中靶向基因组稳定性提供了潜在分子工具。研究为未来开发更高效、低毒的核苷类似物组合疗法提供了理论依据。

 

文献来源:
Md Bayejid Hosen, Ryotaro Kawasumi, and Kouji Hirota. The flap endonuclease-1 promotes cellular tolerance to a chain-terminating nucleoside analog, alovudine, by counteracting the toxic effect of 53BP1. Nucleic Acids Research.
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Fen1蛋白
53BP1毒性作用
链终止核苷类似物
阿罗呋啶
基因编辑
细胞耐受性

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