DNA拓扑异构酶Ⅱ(TOP2)作为一种复杂的分子机器，它在RNA的转录、DNA的复制以及染色体的压缩和解凝等细胞基础活动中通过短暂的剪切双链DNA并在原位重新连接断端的方式，松弛、解螺旋DNA双链来调整DNA的拓扑结构，是细胞生长存活必不可少的酶类。针对TOP2的这一特性已开发出了多种干扰细胞增殖的药物，比如临床上广泛使用的TOP2靶向化疗药物替尼泊苷(VM-26)、依托泊苷(VP-16)和阿霉素(DOX)等。这类药物通过抑制TOP2的DNA再连接活性，增加并稳定TOP2-DNA共价复合物(TOP2ccs)，从而导致肿瘤细胞死亡，因此也被称为TOP2毒药。目前研究表明与DNA形成共价复合物的TOP2会被26S蛋白酶体降解，从而暴露出隐藏在TOP2ccs复合物中的DNA双链断裂(DSBs)，触发DNA损伤反应；如果这些DSBs不能正确修复则会导致基因组的不稳定性以及染色体重排。临床上用这类药物治疗的患者，常常会产生复发性的恶性肿瘤和心脏毒性也正是因为这个原因。在人类基因组上编码了两种类型的TOP2分别为TOP2α和TOP2β,有研究表明TOP2α是介导TOP2毒药细胞毒性的亚型，而TOP2毒药引起的DNA双链断裂和染色体重排等则主要是由TOP2β引起。这主要是由于两者不同的降解模式导致的，TOP2β相比与TOP2α降解的比例和速度都更高更快，导致细胞毒性的TOP2β-DNA复合物水平相对较低，但是由于其降解而暴露的DSBs却更多，但是目前TOP2靶向化疗药物促进TOP2β降解的分子机制及其随后的生物学效应仍然不十分清楚，如果能详细阐明其具体的降解机制，或许可以为提高这类药物的治疗效果并降低副作用提供新的思路。
　　在本研究中我们运用免疫印迹、免疫荧光、基因沉默/敲除、基因点突变、体内泛素化、彗星拖尾等生物化学与分子生物学相关技术发现SCFβ-TrCPE3泛素连接酶负责TOP2毒药诱导的TOP2β的泛素化和降解。具体的降解机制为：当用替尼泊苷(VM-26)处理细胞时引发的DNA损伤信号会激活共济失调-毛细血管扩张突变蛋白激酶(ATM)，并协同酪蛋白激酶Ⅰ(CK1)分别磷酸化TOP2β氨酸序列中β-TrCP识别和结合结构域中1134和1130位点的丝氨酸，促进其被β-TrCP结合和泛素化修饰，然后被26S蛋白酶体降解。得出这一机制的关键实验依据为：(1)抑制SCFβ-TrCPE3泛素连接酶中CULLIN1骨架蛋白被NEDD8修饰而使其失活的小分子抑制剂MLN4924能明显延长TOP2β的半衰期，并降低其泛素化水平，而且在生理条件下MLN4924也能以剂量依赖性的方式使TOP2β得到积累。(2)利用干扰RNA直接敲低或者基因敲除CULLIN1或β-TrCP可以明显稳定TOP2β延长其半衰期。(3)在TOP2β氨基酸序列中存在保守的β-TrCP识别和结合的降解结构域，将该结构域中的关键氨基酸突变，可以抑制TOP2β与β-TrCP的结合，降低TOP2β的泛素化水平，并使其半衰期得到延长。(4)通过小分子抑制剂或者基因敲低或敲除的方式失活ATM或CK1可以明显延长TOP2β的半衰期，而且ATM和CK1与TOP2β之间存在直接的相互作用。
　　在生理学意义上，抑制TOP2β的降解使细胞内TOP2ccs复合物水平升高，而隐藏在TOP2二聚体中的DSBs不能被暴露和修复，从而减弱了由VM-26引起的DNA损伤反应和修复信号，加速肿瘤细胞以凋亡的方式死亡。实验依据为：(1)SCFβ-TrCP的失活抑制TOP2β降解后，由VM-26引起的ATM磷酸化和γH2AX的水平都明显降低。(2)在彗星拖尾实验中MLN4924的处理或者敲除β-TrCP后，由VM-26造成的彗星拖尾更严重。(3)通过MLN4924处理或者基因敲除β-TrCP抑制TOP2β降解后，肿瘤细胞对VM-26更加敏感，并且由VM-26引起的细胞凋亡水平升高。(4)稳定表达β-TrCP降解基序突变的TOP2β突变体的细胞对VM-26更加敏感，细胞凋亡水平更高、克隆形成能力明显减弱。根据以上的这些实验结果可以推断TOP2β的降解或许是细胞内的防御机制，用来促进VM-26引起的DSBs的暴露，从而触发DNA损伤和修复信号，使肿瘤细胞得以继续存活。
　　综上所述，我们研究的创新性在于详细阐述了TOP2毒药促进TOP2β降解的具体分子机制，而该机制所具有的实际转化价值在于揭示了一种在临床治疗中可以利用特异性小分子抑制剂抑制TOP2β的降解，来提高TOP2靶向化疗药物治疗效果的新策略。