DNA雙鏈斷裂比一般的堿基損傷或單鏈斷裂更難以修復，極易引起機體突變，因此在癌癥的發生和發展過程中具重要作用。在損傷發生早期，斷裂DNA鏈兩端的H2AX發生S139位點的磷酸化形成γH2AX，后者作為發起DNA損傷修復的信號和招募修復蛋白的平臺，通過MDC1，Rad17等蛋白將以MRE11為中心的MRN（MRE11/RAD50/NBS1）復合物招募至DNA損傷處進行雙鏈修復。在損傷發生約2小時后，EYA磷酸酶去除γH2AX的磷酸化修飾從而釋放MRN復合物至新的損傷位點。在整個修復過程中，DNA斷鏈發生時MRE11的及時定位至損傷位點，以及損傷修復后的及時脫離才能保證修復正常進行。研究MRE11在DNA損傷修復中的時空精準調控對癌癥的發生機制和抗癌靶點的發現具有重大研究意義。
2021年8月4日，MD安德森癌癥中心John A. Tainer教授團隊（第一作者Zu Ye）在Science Advances上發表題為GRB2 enforces homology-directed repair initiation by MRE11的研究論文。該研究發現響應外界生長因子信號后介導RAS/MAPK信號通路的接頭蛋白GRB2具有在細胞核內調控DNA損傷修復的新功能。
圖片
在DNA雙鏈斷裂發生時，分布于核內的GRB2蛋白與MRE11形成復合物（GM復合物），通過與DNA損傷處的γH2AX相互作用從而將MRE11招募至DNA損傷位點以啟動HDR同源重組修復。GRB2功能被抑制后同源重組修復消失，且與PARP抑制劑具協同致死效應。該研究提示，細胞核內GRB2蛋白通過對MRE11的精準時空調控對維持細胞內基因組穩定性起重要作用，并且因為該調控參與癌癥形成，所以可作為區分癌癥患者是否響應PARP抑制劑的生物標志物及癌癥治療的新靶標。
該文作者在細胞和動物組織中發現了存在于細胞核內并且高度泛素化的GRB2蛋白，并鑒定其K109為泛素化位點。但是，不能被泛素化的K109RGRB2突變體與野生型一樣能在胞質中形成二聚體并與SOS蛋白結合，誘導RAS/MAPK下游信號。故作者推測核內GRB2具有獨立于其經典途徑的新功能。作者通過質譜及一系列細胞內和細胞外的生化手段鑒定出GRB2能與DNA損傷修復蛋白：MRE11, RPA70及H2AX發生直接相互作用。同時GRB2能被維持基因組穩態所必須的E3泛素化連接酶RBBP6直接泛素化。GRB2與RBBP6在被γH2AX標記的DNA損傷處大量聚積的發現提示核內GRB2可能在DNA損傷修復過程中具有重要作用。
在接下來的機制研究中，作者利用GRB2敲除及野生型和突變型回復表達的細胞，發現核內GRB2對MRE11在DNA損傷位點的招募具決定性作用，但對于首先響應DNA損傷的γH2AX及其它的MRN 復合物組成蛋白 NBS1和RAD50在DNA損傷位點的聚積并無影響。同時，如果在細胞中敲除H2AX，GRB2與包括MRE11在內的MRN復合物蛋白在DNA損傷處的聚積受到強烈抑制，而且回復表達磷酸化缺失的H2AX突變體也不能挽救GRB2和MRE11在損傷處的聚集。該現象證明以磷酸化的H2AX為定位靶點，GRB2在損傷修復的過程中通過與MRE11的直接相互作用將其招募至DNA損傷修復處。
功能性研究表明，當DNA雙鏈斷裂后，GRB2主要促進HDR同源重組修復，同時抑制Alt-EJ選擇性末端連接修復。與此前的研究一致，抑制由于GRB2缺失導致的HDR同源重組修復能大大提高癌癥細胞對PARP抑制劑的敏感性，引發與PARP抑制劑的協同致死效應。通過對1094例乳腺癌患者（TCGA數據庫BRCA）的臨床數據分析，作者注意到只有在MRE11高表達且HDR修復表型正常（不具Signature 3突變）的患者中，GRB2的表達水平與癌癥病人的生存幾率呈負相關。該結果表明GRB2對乳腺癌的促癌作用依賴于由MRE11介導的HDR同源重組修復。
綜上所述，該研究發現位于細胞核內的GRB2與MRE11形成復合體，DNA發生雙鏈斷裂時，GRB2能將MRE11及時有效地遞送至γH2AX標記的DNA損傷位點，從而促進HDR同源重組修復。結合在染色質上的GRB2被E3泛素連接酶RBBP6泛素化后脫離原損傷位點，并可再次參與新的損傷修復。該研究不僅首次系統性的報道了GRB2在核內獨立于其在胞質中參與經典Ras/MAPK途徑之外的重要功能，同時闡明了細胞對MRE11在DNA雙鏈損傷修復過程中精準的時空調控機制，為PARP抑制劑在癌癥治療中提供了新的生物標記物和重要的治療靶點。
GRB2通過MRE11參與DNA雙鏈損傷修復
MD安德森癌癥中心的葉足博士主導了該研究，為文章的第一作者，John A. Tainer博士和Zamal Ahmed博士為共同通訊作者，其它研究人員包括MD安德森癌癥中心的徐勝鳳博士，Albino Bacolla1博士，Chi-Lin Tsai博士，Guang Peng博士，Bin Wang博士等及浙江大學基礎醫學院的講師詩音博士。