ДНК унутар наших ћелија је под сталним нападом. Један од најопаснијих облика оштећења је прекид двоструког ланца, који се дешава када се оба ланца спирале ДНК пресеку у исто време. У нормалним условима, здраве ћелије се ослањају на веома прецизне системе за поправку да би поправили ову врсту оштећења. Међутим, када се ти прецизни системи покваре, ћелије се могу вратити на мање поуздану опцију за хитне случајеве. Истраживачи у Сцриппс Ресеарцх-у су сада идентификовали када и како се покреће овај процес поправке резервне копије и зашто неке ћелије рака зависе од тога да би остале живе.
Њихови налази такође сугеришу да би се ова стратегија преживљавања могла окренути против тумора који се ослањају на њу.
Заплете РНК ДНК које угрожавају стабилност генома
Студија, објављена у Целл Репортсиспитао протеин укључен у распетљавање уврнутог генетског материјала. Ово укључује структуре познате као Р-петље, које су РНА-ДНК сплетови који могу пореметити нормалну функцију ДНК. Ове структуре се формирају када се новопроизведена РНК не одвоји од ланца ДНК са којег је копирана, остављајући једну страну ДНК изложеном и рањивом.
„Р-петље су важне за многе различите ћелијске функције, али морају бити строго контролисане“, каже старији аутор Ксиаохуа Ву, професор у Сцриппс Ресеарцх-у. „Ако нису правилно регулисани, могу се акумулирати до штетних нивоа и изазвати нестабилност генома.“
Улога СЕТКС-а у раку и неуролошким болестима
Истраживачи су се фокусирали на протеин хеликазе, део групе молекуларних мотора који одмотавају замршени генетски материјал, познат као сенатаксин (СЕТКС). Промене у СЕТКС гену су већ повезане са ретким неуролошким поремећајима, укључујући атаксију и облик амиотрофичне латералне склерозе (АЛС). Исте мутације се јављају и код одређених карцинома материце, коже и дојке. Ова веза покренула је важно питање. Како се ћелије рака носе са стресом изазваним прекомерним Р-петљама када СЕТКС недостаје или је неисправан?
Ћелијска криза покреће хитну поправку
Да би пронашао одговоре, Вуов тим је проучавао ћелије којима недостаје СЕТКС које су показале необично високе нивое Р-петљи. Затим су посматрали шта се догодило када су се на овим запетљаним местима формирали двоструки ланци. Као што се очекивало, ћелије су акумулирале значајно оштећење ДНК. Оно што је изненадило истраживаче је колико су ћелије реаговале агресивно.
„Били смо изненађени, али узбуђени што смо открили да ћелија укључује хитан механизам за поправку ДНК који се зове репликација изазвана прекидом (БИР)“, каже Ву.
Репликација изазвана прекидом као резервни систем
У нормалним околностима, БИР помаже у спашавању заустављених виљушки репликације ДНК. Такође може деловати као резервна опција за поправку за прекиде двоструких ланаца. Уместо да прави мале, прецизне поправке, БИР копира дугачке делове ДНК да би поново повезао сломљене делове. Ово брзо и опсежно копирање омогућава ћелијама да преживе озбиљна оштећења, али то има своју цену.
„То је као тим за хитне поправке који интензивно ради, али прави више грешака“, каже Ву.
Истраживачи су открили да се без СЕТКС-а Р-петље акумулирају директно на местима прекида ДНК. Ово накупљање омета уобичајене сигнале за поправку ћелије. Као резултат, сломљени крајеви ДНК се претерано обрезују, откривајући дугачке делове једноланчане ДНК. Ови изложени региони привлаче БИР машинерију, укључујући ПИФ1, хеликазу која је неопходна за рад БИР-а. Заједно, изложена ДНК и ПИФ1 делују као окидач који покреће процес поправке БИР-а.
Предност преживљавања која ствара слабост
Иако је БИР склон грешкама, омогућава ћелијама са недостатком СЕТКС да преживе. Временом, међутим, ове ћелије постају зависне од БИР-а да поправи оштећење ДНК. Ако је овај пут поправке блокиран, ћелије губе способност да поправе прекиде двоструких ланаца и умиру. Ова врста рањивости позната је као синтетичка смртност, принцип који се већ користи у неколико циљаних третмана рака.
Вуов тим је открио да се ћелије са недостатком СЕТКС-а посебно ослањају на три протеина везана за БИР: ПИФ1, РАД52 и КСПФ.
„Оно што је важно је да они нису неопходни у нормалним ћелијама, што значи да бисмо могли селективно убити туморе са недостатком СЕТКС“, каже Ву.
Од открића до потенцијалне терапије
Иако налази указују на обећавајућу стратегију, Ву упозорава да ће клиничким применама бити потребно време.
„Сада истражујемо начине да инхибирамо ове БИР факторе, покушавајући да пронађемо оне са правом активношћу и ниском токсичношћу“, додаје она.
Тим такође истражује који карциноми акумулирају највише нивое Р-петљи и под којим условима. Идентификација тумора који ће највероватније реаговати на БИР-циљане терапије биће кључни следећи корак.
Иако је сам недостатак СЕТКС релативно редак, многи карциноми стварају Р-петље кроз друге путеве, укључујући активацију онкогена или хормонску сигнализацију као што је естроген код одређених карцинома дојке. То значи да би приступ могао бити релевантан за много шири спектар тумора, не само за оне са СЕТКС мутацијама.
Поред Вуа, аутори студије „Репликација изазвана прекидом се активира ради поправљања дволанчаних прекида повезаних са Р-петљом у ћелијама са недостатком СЕТКС“ укључују Тонг Ву, Иоуханг Ли, Иукин Зхао и Самеер Бикрам Схах из Сцриппс Ресеарцх; и Линда З. Схи са Универзитета Калифорније у Сан Дијегу.
Овај рад су подржали Национални институти за здравље (грантови ГМ141868, ЦА294646, ЦА244912 и ЦА187052).
