Nature Communications: 抑制LSD1增强卵巢癌对PARP抑制剂的敏感性

导读

聚(ADP-核糖)聚合酶抑制物(PARPI)选择性地作用于BRCA1/2和其他DNA修复途径成员突变引起的卵巢癌(OC)伴同源重组(HR)缺陷(HRD)。我们寻求分子靶向治疗，在HR熟练的细胞中诱导HRD，以诱导PARPI的合成致死性，并扩大PARPI的用途。在这里，我们证明了赖氨酸特异的脱甲基酶1(LSD1)是OC的重要调节因子。重要的是，在体外和多种体内模型中，LSD1的基因缺失或药物抑制诱导了HRD，并使HR熟练的OC细胞对PARPI敏感。在机制上，抑制LSD1直接损害BRCA1/2和RAD51的转录，这三个基因是HR所必需的，依赖于其典型的去甲基酶功能。总而言之，我们的工作表明，与LSD1抑制剂联合使用可以极大地扩大PARPI在HR熟练的肿瘤患者中的应用，这值得在人类临床试验中进行评估。

论文ID

题目：Repression of LSD1 potentiates homologous recombination-proficient ovarian cancer to PARP inhibitors through down-regulation of BRCA1/2 and RAD51

译名：抑制LSD1通过下调BRCA1/2和RAD51增强卵巢癌对PARP抑制剂的敏感性

期刊：Nature Communications                                   

IF：16.60    

发表时间：2023.11.16

通讯作者单位: 四川大学

DOI号：https://doi.org/10.1038/s41467-023-42850-x

主要内容

对于PARP抑制剂，选择性地损害癌细胞的HR已被证明是一种有效的治疗策略。在这方面，在临床前和早期临床试验中，已经设计和评估了几种方法来诱导HR熟练的癌细胞对PARPI的敏感性。在这里，我们证明了LSD1是OC的重要调节因子。重要的是，抑制LSD1抑制BRCA1/2和RAD51的转录并诱导HRD，导致PARPI和LSD1i在体内外对HR熟练的OC细胞具有协同作用。我们的结果表明，LSD1i通过将HR熟练的肿瘤转化为HRD肿瘤，使HR熟练的肿瘤对PARPI敏感，从而支持了PARPI在HR熟练患者中的临床应用，并为OC的治疗提供了显著的进步。

LSD1和其他不同的组蛋白修饰和表观遗传效应的失调在癌症中很常见。这就是为什么针对表观遗传特征的分子被测试为单一药物(单一疗法)或与细胞毒性化疗联合用于OC治疗的原因。至于LSD1i，其中一些已经开发并进入人类临床试验，用于治疗AML和SCLC，但据我们所知，很少用于OC。在这项研究中，我们证明了LSD1是通过基因和药理学方法干扰LSD1活性的OC的潜在有效治疗靶点。LSD1i被命名为ZY0511，在体外和多种体内模型中抑制OC的生长。ZY0511单独或与5-氟尿嘧啶联合应用于人结直肠癌和宫颈癌，进一步支持了ZY0511的治疗效果。但更详细的实验，如原位移植肿瘤模型和在更大动物如Beagle上的安全性研究，将更好地定义ZY0511的临床可转译性。    

LSD1是OC中的关键调节因子，促进OC的进步          

在BRCA1/2和其他DNA修复途径成员如RAD51突变引起的HRD细胞中，PARPI选择性地激活。通过药物靶向的表观遗传调节来抑制HR以诱导对PARPI的敏感性。在本研究中，我们发现LSD1与BRCA1/2和RAD51基因启动子直接结合。抑制LSD1使BRCA1/2和RAD51启动子中转录抑制标记H3K9me2的水平升高，从而下调这些基因的转录，从而在HR熟练的癌症中诱导HR损伤。与LSD1缺失后BRCA1/2基因表达下调一致，基于基因芯片结果，siRNA干扰人LSD1mRNA可降低人BRCA1和BRCA2在LNCaP和C4-2B前列腺癌细胞系中的表达。此外，与H3K9me2的增加和进一步干扰HR基因表达一致，有报道称LSD1的基因枯竭或药物抑制通过取消H3K9去甲基化的过程强烈地触发细胞衰老。的确，DNA损伤反应的激活与癌基因诱导的衰老有关。此外，LSD1抑制H3K9me2的作用几乎完全被野生型LSD1的恢复表达所消除，而不是催化失活的LSD1，这表明LSD1的酶活性对于H3K9me2在BRCA1/2和RAD51基因启动子座位上的去甲基化是必不可少的。此外，过度表达LSD1- wt，而不是催化失活的LSD1，可以恢复OC细胞中HR基因的表达、HR功能和细胞存活，进一步证明LSD1的典型去甲基化酶功能对OC细胞至关重要。除了LSD1，与组蛋白赖氨酸甲基转移酶和赖氨酸去甲基酶有关的酶，如SUV39H1(KMT1A)、SETDB1(KMT1E)、KDM4B和KDM5A已被发现与DDR有关，这表明它们的抑制剂具有与PARPI联合治疗癌症的潜力。然而，针对这些表观遗传靶点的抑制剂的开发仍处于临床前研究阶段，尚未有抑制剂进入临床肿瘤学研究。我们的研究结果表明，LSD1抑制剂抑制HR修复并使HR精通的OC对PARPi敏感，至少部分是通过损害BRCA1/2和RAD51基因转录依赖于LSD1的典型去甲基化酶功能。支持组蛋白甲基化调节剂与PARPi联合用于hr熟练OC治疗的潜在策略。    

LSD1抑制激活DDR，抑制HR蛋白表达    

据报道，LSD1分别通过介导组蛋白H3K4me1/2和H3K9me1/2去甲基化来抑制和激活转录，但这种双重底物专一性的分子机制尚不清楚。与我们的观察一致，LSD1与E2F1共占，使H3K9me2去甲基化，促进LSD1-E2F1共靶基因的表达，但对H3K4me2没有影响，从而促进了前列腺癌细胞的S期进入和成瘤。这些发现表明，LSD1选择性地去甲基化H3K4me或H3K9me的方式取决于细胞类型、发育阶段或细胞周期的不同阶段。LSD1的特征也是组蛋白去甲基酶，专用于清除需要AR或ER的单甲基化和二甲基化的H3K9me2。有趣的是，最近的一项研究报道，LSD1亚型LSD1+8a与超级绒毛蛋白(SVIL)协同介导H3K9me2去甲基化，而不是H3K4me2在其靶启动子上的去甲基化，并调节神经元细胞的神经元分化。这些结果表明，LSD1相关因子，如AR、ER、SVIL和富含脯氨酸、谷氨酸和亮氨酸的蛋白-1(PELP1)66，在H3K4me1/2去甲基化向H3K9me1/2去甲基化过程中起着至关重要的作用。根据这些发现，我们的研究发现LSD1选择性地调节HR基因座上的H3K9me2去甲基化。然而，确定哪些LSD1亚型正在发挥作用，以及哪些LSD1相关因子在OC细胞中发挥作用，将是一件有趣的事情。此外，针对H3K4和H3K9的LSD1可能存在于不同的蛋白质复合体中。确定影响LSD1的S选择去甲基化H3K4或H3K9的上下文也非常有趣。

重要的是，体内研究没有显示基于体重减轻、血液学和血液生化参数以及器官组织病理学系数的显著毒性。这可能部分是由于LSD1对DNA损伤修复的细胞/组织特异性调节。由于复制压力水平的差异以及正常和恶性细胞之间持续的DNA损伤，这种结合在一系列正常细胞系中缺乏协同作用，进一步支持了患者的耐受性潜力。虽然我们的体内数据强烈支持LSD1i与三种PARPI(奥拉帕利布、硝普利或鲁卡帕利)中的任何一种联合使用的疗效，但联合使用的低毒主要是与奥拉帕里布一起进行的。此外，根据最新的EMSO指南，PARPI在不同OC患者群体的管理中的使用略有不同。我们还没有证明联合策略在患者中的活性和耐受性。因此，PARPI/LSD1i组合在患者中的安全性和治疗值得在人类临床试验中仔细探索。    

LSD1抑制使HR熟练的肿瘤对PARPI治疗增敏

总结

综上所述，我们的结果表明，抑制LSD1通过耗尽BRCA1/2和RAD51而导致HR缺乏，并使HR熟练的OC对PARP抑制敏感。尽管有上述局限性，我们的研究结果为临床应用PARPI联合LSD1i治疗PARPI新发耐药或获得性耐药患者提供了强有力的理论依据。    

原文链接

https://doi.org/10.1038/s41467-023-42850-x

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