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腫瘤的無限增殖依賴端粒維持機制的啟用，大部分腫瘤通常透過啟用端粒酶來實現端粒的維持，而仍有一部分腫瘤並沒有端粒酶的活性，而是透過同源重組的方式來實現端粒的延伸，我們稱為端粒延長替代通路（Alternative Lengthening of Telomeres, ALT）。端粒延長替代通路作為癌細胞中端粒維持的機制，有望成為腫瘤治療的靶點，但是目前對於端粒延長替代通路的機制理解依然很不透徹【1】。
ALT+腫瘤中PML小體會和端粒共定位形成結構特異的ALT相關PML小體（APB)【2】。APB上可以同時聚集多個端粒，並富集DNA損傷修復蛋白，前期的發現證明APB小體是ALT+端粒DNA延伸的樞紐結構，對於ALT的發生至關重要，但是APB如何介導ALT通路下游過程發生的機制依然不明確【3】。與ALT-腫瘤相比，ALT+腫瘤的端粒複製壓力更大，端粒的複製壓力和DNA損傷被認為是ALT通路的啟用訊號，可以促進APB小體的形成，從而進一步引發斷裂誘導複製（break-induced replication，BIR）完成端粒的延伸【4】。與正常的DNA複製過程不同，BIR透過全保留複製的方式來進行DNA的合成【5】。目前BIR的研究主要集中在酵母中，而在哺乳動物中對於BIR機制的研究還很少，因此在ALT+端粒發生的BIR過程如何進行，以及它如何影響ALT訊號的發生並不清楚。
2021年1月15日，麻省總醫院癌症中心/哈佛醫學院鄒力(Lee Zou) 實驗室在Molecular Cell發表題為“Alternative Lengthening of Telomeres is a Self-Perpetuating Process in ALT-Associated PML Bodies”的文章。該研究發現端粒延長替代通路（Alternative Lengthening of Telomeres, ALT）存在一個自我強化的訊號環路：在ALT相關PML小體（ALT-Associated PML Bodies, APB)發生的斷裂誘導複製（break-induced replication，BIR）自身會產生複製壓力，並透過SUMOylation修飾介導的正反饋環路，促進DNA損傷修復蛋白的富集和APB的形成，從而進一步增強ALT通路的訊號。
為了研究APB在ALT中的作用，作者透過將PML 小體可誘導地錨定到端粒上，促使全新的APB的形成。作者發現該系統在ALT+細胞中可以高效地啟用ALT通路相關的過程（包括APB中端粒的聚集，DNA修復蛋白的富集和端粒的DNA合成），而且負責介導PML相分離屬性的SUMO-SIM相互作用對於上述過程的發生非常重要。
之前的報道發現BLM缺失會破壞APBs小體的形成，直接阻斷ALT的發生，因此無法確定BLM是否在ALT的下游DNA合成中起作用。作者發現可誘導APB系統可以在BLM缺失的條件下依然誘導APB的形成，因此可以用來研究BLM在ALT下游DNA合成中的作用。作者發現BLM的缺失可以阻斷全新APB介導的DNA合成，同時有趣的是BLM的缺失會引發細胞內大量積累端粒橋(telomere bridges)。進一步的研究發現BLM可能透過解旋酶活性處理BIR過程中的同源重組中間體，來促進BIR的發生，而BLM的缺失會引發中間產物的積累。更有趣的是作者發現與BLM相關但是具有不同活性的解旋酶FANCJ也在ALT 的端粒DNA合成中起作用，未來進一步的體外生化研究有望闡明BLM 和FANCJ如何在BIR過程中起作用。
全新APB的形成可以在對應的端粒處誘導大量的端粒DNA合成，有意思的是它同時可以阻滯細胞週期的進行。進一步檢測與複製壓力有關的標誌物，作者發現全新APB介導的BIR過程可以引發端粒的複製壓力訊號，並激活複製壓力檢驗點訊號的啟用。接下來作者透過檢測細胞內正常發生的ALT過程，發現ALT過程中BIR的啟用可以進一步促進DNA損傷修復蛋白在APB的定位和端粒保護蛋白TRF2 的SUMOylation，進而促進APB的形成和ALT的發生。作者進一步鑑定發現SUMO E3 連線酶PIAS4可以透過促進TRF2 的SUMOylation來介導BIR過程中正反饋訊號，並促進ALT訊號的自我增強。基於上述結果作者提出了全新的ALT機制模型：（1）端粒的複製壓力或者DNA損傷訊號激發最初的ALT訊號，（2）PML的SUMO-SIM相互作用介導的相分離屬性促進APB中端粒聚集，（3）APB中BIR的DNA合成過程自身會產生複製壓力訊號，並透過正反饋訊號環路驅動ALT訊號通路的自我增強。
該研究中開發的可誘導APB系統可以高效地啟用ALT通路，對未來 ALT通路的機制研究提供了強有力的工段。該研究發現瞭解旋酶BLM可能透過處理同源重組的中間體來參與ALT端粒的BIR過程，最重要的是該研究提出了ALT通路中存在自我增強訊號的全新概念。這些結果拓展了人們對於ALT和BIR過程的理解，對於開發靶向ALT通路的癌症治療方案具有重大的指導意義。
麻省總醫院癌症中心/哈佛醫學院鄒力(Lee Zou)教授為該論文通訊作者，博士後張家民(Jia-Min Zhang)為第一作者， Marie-Michelle Genois博士，歐陽劍(Jian Ouyang)博士，Li Lan教授參與了工作的完成。
原文連結https://doi.org/10.1016/j.molcel.2020.12.030
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參考文獻
1.Shay,J.W., R.R. Reddel, and W.E. Wright, Cancer.Cancer and telomeres--an ALTernative to telomerase. Science, 2012. 336(6087): p. 1388-90.
2.Yeager, T.R., et al., Telomerase-negative immortalized human cells contain a novel type ofpromyelocytic leukemia (PML) body. Cancer Res, 1999. 59(17): p. 4175-9.
3.Zhang, J.M., et al., Alternative Lengthening of Telomeres through Two Distinct Break-InducedReplication Pathways. Cell Rep, 2019. 26(4):p. 955-968 e3.
4.Dilley, R.L., et al., Break-induced telomere synthesis underlies alternative telomeremaintenance. Nature, 2016. 539(7627):p. 54-58.
5.Anand, R.P., S.T. Lovett, and J.E. Haber, Break-induced DNA replication. ColdSpring Harb Perspect Biol, 2013. 5(12):p. a010397.