EXD2-一名新玩家加入DSB切除团队

DNA双链断裂（DSB），即DNA双螺旋的两条链都被断裂，是细胞可能遭受的最具毒性的损伤类型之一。它们可以在正常的细胞过程中出现，也可以由常用的抗癌方法（如电离辐射）诱导产生。未配对的DSB会导致细胞死亡，而它们的错误重配对会导致基因组重排和断裂部位的遗传信息丢失。因此，它们的无错误修复不仅对细胞生存至关重要，而且对生物体的发育也至关重要，因为参与这一过程的基因突变突显出各种遗传性人类综合征，其特征是易患癌症、免疫缺陷和过早衰老。¹然而，尽管它们对基因组稳定性很重要，并且在抗癌治疗中发挥作用，但DSB修复背后的机制尚不完全清楚。

真核细胞中DSB修复的两个主要途径是易出错的非同源末端连接（NHEJ），它涉及连接断裂的DNA末端（这通常会导致遗传信息的丢失），以及一个称为同源重组（HR）的无错误过程利用未受损姐妹染色单体的完整DNA模板。HR对于修复因复制叉崩溃而在S期出现的DSB尤为重要，在此期间NHEJ可能非常危险，因为它会产生致癌基因组重排。²

HR的一个关键的初始步骤是切除DSB两侧的DNA末端，到目前为止，人们一直认为这是由MRE11-RAD50-NBS1复合物（MRN）和CtIP进行的，从而产生短链DNA（ssDNA）。随后，EXO1或DNA2核酸酶与布鲁姆综合征解旋酶（BLM）结合，延伸这些核酸酶，生成更长的3′ssDNA尾部，并与RPA结合。RAD51以BRCA2依赖的方式取代RPA，导致ssDNA-RAD51核蛋白丝的形成，对链交换和同源性定向修复至关重要。有趣的是，抑制MRE11内切酶活性比抑制其核酸外切酶活性具有更强的切除缺陷，这可能表明其他核酸酶可能参与初始断裂过程。^三与此相一致，我们实验室最近的工作将EXD2鉴定为MRN复合体的一种新的3′-5′核酸外切酶和辅因子，这是高效DNA末端切除所必需的。⁴

那么EXD2对DNA末端切除过程的相对贡献是什么？为了解决这个问题，我们使用了不同时间点RPA病灶的强度（参考⁴以及图6a中），以估计暴露于电离辐射下的WT和EXD2缺失细胞的切除动力学。我们假设ssDNA上的RPA负荷与切除速度相关。因此，最佳拟合线的斜率可以用作“相对切除率”的指标。该分析表明，在没有EXD2的情况下，DNA末端切除率降低到WT细胞中观察到的大约30%（WT细胞的斜率为0.56，EXD2缺失细胞的斜度为0.18）。从机械的角度来看，这很有趣，与参考文献中的数据一起。⁴这表明，在脊椎动物中，EXD2可能是初始DNA终末加工所需的主要3′-5′核酸外切酶。

这就引出了一个问题：在DSB处理过程中加速切除的好处是什么？一种可能是切除动力学影响DSB修复路径的选择。例如，切除的初始动力学较慢可能有利于通过单链退火（SSA）途径和/或NHEJ/A-NHEJ进行容易出错的修复，最终可能导致基因组重排。因此，短同源片段有利于酵母中容易出错的SSA。⁶此外，果蝇EXD2突变体和EXD2缺失的U2OS细胞表现出自发的基因组不稳定性。^4、5另一种可能性（并非相互排斥）是EXD2降解受损（修饰）的DNA模板，否则会抑制MRE11依赖性切除。EXD2单独或与MRN复合物协同也可以参与脱除与DNA末端结合的蛋白质（模型图1).

最近，同源重组已成为癌症治疗的一个重要靶点，因为癌细胞严重依赖HR修复受损DNA。因此，抑制HR可能会增强许多常用抗癌药物的毒性，也可能有助于作为单一疗法选择性地杀死冗余修复途径中缺陷的癌细胞。在这方面，EXD2外切酶活性的破坏可诱导化学和放射增敏⁴（未显示数据）。因此，可以想象，靶向EXD2外切酶活性的小分子抑制剂的开发可能允许与现有的化学或放射治疗方法进行协同治疗，提高患者生存率并增加治疗窗口。同样，MRE11的表达最近被证明是肌肉浸润性膀胱癌根治性放疗后病因特异性生存的预测性生物标志物。⁷因此，EXD2表达水平可以作为生物标记物，在指导患者分层以获得最有效的治疗方面提供类似的益处。

总之，全面了解HR的机制在临床肿瘤学中非常重要，因为在临床肿肿学中，有很多努力来提高DNA损伤剂的疗效。有鉴于此，EXD2及其核酸外切酶活性构成了一个令人兴奋的、迄今尚未开发的靶点，用于开发治疗癌症的新治疗策略。