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研究背景：
- 乳酸是大多数癌症的代谢标志物，但其在癌细胞中的非代谢功能仍不清楚。最近研究表明乳酸可诱导组蛋白赖氨酸残基的乳酸化修饰，但乳酸化在蛋白质中的作用尚不清楚。
- 同源重组（HR）是修复DNA双链断裂（DSBs）的重要途径，其过度激活与癌症的化疗耐药性有关。MRE11是HR修复中的关键蛋白，但其DNA结合的调控机制仍不清楚。
研究方法与内容：
乳酸化促进DNA损伤修复和化疗耐药性：
- 通过检测关键HR蛋白的乳酸化水平，发现MRE11在细胞中被强烈乳酸化，且乳酸化促进DNA损伤修复和化疗耐药性。
- 用乳酸钠（NALA）处理细胞可增加蛋白质乳酸化，促进DNA损伤修复；乳酸脱氢酶（LDH）抑制剂（LDHi）处理则降低乳酸化水平，抑制HR和化疗耐药性。
- 低LDHA表达水平的患者HR缺陷（HRD）评分较高，提示高乳酸或蛋白质乳酸化可能在HR修复中起关键作用。
MRE11被CBP乙酰转移酶乳酸化：
- MRE11的乳酸化由CBP乙酰转移酶介导，且依赖于ATM对CBP的磷酸化。
- 通过质谱鉴定出MRE11的四个潜在乳酸化位点（K510、K609、K625和K673），其中K673是响应DNA损伤的主要乳酸化位点，且高度保守。
MRE11乳酸化增强其DNA结合能力：
- MRE11乳酸化不影响其与RAD50和NBS的复合物形成，但促进MRE11或MR（RAD50和MRE11复合物）与双链DNA（dsDNA）和突出DNA的结合，增强MRE11与DNA的结合能力和焦点形成，提高MRE11在染色质上的加载。
MRE11乳酸化增强端切：
- 乳酸化通过CBP - MRE11轴调节DNA端切，NALA处理增加RPA2、BrdU和RAD51焦点形成，促进DNA端切；LDHi处理和MRE11 K673R突变则抑制DNA端切。
MRE11乳酸化促进HR：
- MRE11 K673R突变降低HR修复，损伤DNA修复，增加染色体/染色单体断裂；在体内，NALA或CBP抑制剂（CBPi）处理可调节DSB修复，LDHA基因敲除小鼠的实验也证实了这一点。
MRE11乳酸化促进癌细胞的化疗耐药性：
- 高LDHA表达与BRCA1高表达的肿瘤中较低的HRD评分相关，提示高乳酸或乳酸化可能与BRCA1 WT癌症中增强的HR有关。
- MRE11 K673R细胞对奥拉帕尼更敏感，操纵乳酸化使用CBPi或NALA会影响MRE11 WT细胞的化疗反应，但对MRE11 K673R突变细胞无影响。
- 在结肠癌细胞的实验中，LDHi和CBPi处理使癌细胞对顺铂和奥拉帕尼更敏感，NALA处理则使癌细胞对化疗耐药；在患者衍生的器官样体（PDO）和患者衍生的异种移植（PDX）模型中，抑制MRE11 K673乳酸化可增强化疗效果。
用肽抑制剂抑制MRE11 K673乳酸化增强化疗敏感性：
- 基于蛋白质PTM的基序设计了融合细胞穿透肽（CPP）的短肽，其中K673 - peptide - 3（K673 - pe）对MRE11乳酸化的抑制作用最强。
- K673 - pe可降低MRE11乳酸化、磷酸化RPA2水平，抑制MRE11 K673la和RPA2焦点形成，减少RAD51焦点，下调HR，增强癌细胞对奥拉帕尼和顺铂的敏感性。
- 在高乳酸化的结肠癌PDX模型中，K673 - pe与奥拉帕尼联合显著增强了化疗介导的癌细胞杀伤效果。
讨论：
- MRE11的乳酸化由CBP介导，发生在其第二个DNA结合域（DBD）的K673位点，增强了其DNA结合能力和端切作用，从而促进HR修复和化疗耐药性。
- CBPi或LDHi与化疗联合可显著减弱HR修复，增加癌症杀伤效果；抑制MRE11 K673乳酸化的肽抑制剂可增强化疗效果。
- MRE11的乙酰化由GCN5介导，K609是其主要乙酰化位点，但MRE11乙酰化的功能意义仍需进一步研究，且MRE11乳酸化的精确机制和结构信息有待探索。
研究贡献：
- 揭示了乳酸化在调节HR中的关键作用，MRE11的乳酸化由CBP介导，K673是主要乳酸化位点，乳酸化增强了MRE11的DNA结合能力、端切和HR修复，促进了癌症的化疗耐药性。
- 设计了特异性抑制MRE11 K673乳酸化的肽抑制剂，增强了化疗敏感性，为克服癌症的化疗耐药性提供了潜在的治疗策略。
