PRMT5调控的DNA修复基因剪接驱动乳腺癌干细胞化疗耐药性

学术背景

乳腺癌干细胞（Breast Cancer Stem Cells, BCSCs）是乳腺癌中一个稀有的细胞亚群，具有自我更新、肿瘤起始和转移的能力。尽管BCSCs在肿瘤的发生和发展中起着关键作用，但其对化疗药物和放疗的耐药性机制仍不明确。化疗和放疗通常通过诱导DNA损伤来杀死癌细胞，而BCSCs能够通过增强DNA修复能力来抵抗这些治疗手段。因此，理解BCSCs如何通过DNA修复机制抵抗化疗药物，对于开发新的治疗策略至关重要。

PRMT5（Protein Arginine Methyltransferase 5）是一种精氨酸甲基转移酶，参与多种细胞过程，包括RNA剪接、DNA修复和基因表达调控。PRMT5在多种癌症中表达上调，并与肿瘤进展和不良预后相关。此前的研究表明，PRMT5在BCSCs中表达较高，且与BCSCs的生存和自我更新密切相关。然而，PRMT5如何通过调控DNA修复基因的剪接来影响BCSCs的化疗耐药性，仍是一个未解之谜。

论文来源

这篇论文由Matthew S. Gillespie、Kelly Chiang、Gemma L. Regan-Mochrie等研究人员共同完成，研究团队来自英国伯明翰大学（University of Birmingham）的癌症与基因组科学系。论文于2024年发表在《Oncogene》期刊上，DOI为10.1038/s41388-024-03264-1。

研究流程与结果

1. BCSCs通过增强DNA修复抵抗DNA损伤剂

研究首先通过流式细胞术和抗失巢凋亡（anoikis-resistance, AR）方法从MCF7乳腺癌细胞系中分离出BCSCs。实验表明，BCSCs对顺铂（cisplatin）和电离辐射（ionizing radiation, IR）表现出更强的耐药性。通过分析53BP1焦点的清除速度，研究人员发现BCSCs能够更快地修复顺铂诱导的DNA双链断裂（double-strand breaks, DSBs），表明BCSCs具有更强的DNA损伤修复（DNA Damage Response, DDR）能力。

2. PRMT5促进BCSCs的DNA修复和化疗耐药性

PRMT5在BCSCs中的高表达与其化疗耐药性密切相关。通过shRNA介导的PRMT5敲低实验，研究人员发现PRMT5的缺失显著增加了BCSCs对顺铂和IR的敏感性。此外，使用PRMT5抑制剂GSK3203591（GSK591）处理BCSCs后，细胞的化疗敏感性也显著增加。进一步的实验表明，PRMT5的甲基转移酶活性是BCSCs化疗耐药性的关键因素。

3. PRMT5调控DNA修复基因的剪接

PRMT5不仅通过甲基化DNA修复蛋白来调控DNA修复，还通过调控RNA剪接来影响DNA修复基因的表达。通过RNA测序（RNA-seq）分析，研究人员发现PRMT5抑制剂GSK591处理后的BCSCs中，存在大量的差异剪接事件（differential splicing events, DSEs），尤其是与DNA修复相关的基因。这些剪接事件主要涉及外显子跳跃（skipped exons, SE）和内含子保留（retained introns, RI），导致非经典剪接异构体的产生，进而影响DNA修复蛋白的功能。

4. PRMT5抑制导致的剪接变化与基因表达变化的关系

尽管PRMT5抑制导致了大量的剪接变化，但这些变化并未显著影响基因的总体表达水平。研究人员发现，PRMT5抑制主要导致内含子保留的转录本在核内滞留，而非经典剪接异构体的产生。这些结果表明，PRMT5通过调控剪接来影响DNA修复蛋白的功能，而不是通过改变基因的表达水平。

5. PRMT5在BCSCs和肿瘤细胞群体中的剪接调控差异

研究人员还比较了PRMT5抑制在BCSCs和肿瘤细胞群体中的剪接调控差异。尽管两者都表现出DNA修复基因的剪接变化，但BCSCs中的剪接事件更为特异，且BCSCs对PRMT5抑制的敏感性较低。这表明，BCSCs通过高水平的PRMT5表达和剪接调控，增强了其DNA修复能力和化疗耐药性。

结论与意义

该研究揭示了PRMT5在BCSCs化疗耐药性中的关键作用，特别是通过调控DNA修复基因的剪接来增强DNA修复能力。PRMT5抑制能够显著增加BCSCs对化疗药物的敏感性，尤其是与DNA损伤剂联合使用时，能够有效促进BCSCs的凋亡。这一发现为开发新的乳腺癌治疗策略提供了重要的理论依据，特别是针对PRMT5的抑制剂与DNA损伤剂的联合治疗方案。

研究亮点

1. PRMT5调控DNA修复基因剪接：PRMT5通过调控DNA修复基因的剪接，增强了BCSCs的DNA修复能力，进而导致化疗耐药性。
2. PRMT5抑制增强化疗敏感性：PRMT5抑制能够显著增加BCSCs对顺铂和IR的敏感性，尤其是在与DNA损伤剂联合使用时，能够有效杀死BCSCs。
3. 剪接变化与基因表达变化的分离：PRMT5抑制导致的剪接变化并未显著影响基因的总体表达水平，而是通过产生非经典剪接异构体来影响DNA修复蛋白的功能。
4. BCSCs与肿瘤细胞群体的剪接调控差异：BCSCs对PRMT5抑制的敏感性较低，表明其通过高水平的PRMT5表达和剪接调控，增强了其DNA修复能力和化疗耐药性。

研究价值

该研究不仅揭示了PRMT5在BCSCs化疗耐药性中的关键作用，还为开发新的乳腺癌治疗策略提供了重要的理论依据。通过联合使用PRMT5抑制剂和DNA损伤剂，可能能够有效杀死化疗耐药的BCSCs，从而提高乳腺癌患者的长期生存率。此外，该研究还为进一步探索PRMT5在其他癌症干细胞中的功能提供了新的研究方向。