ДНК внутри наших клеток постоянно подвергается атакам. Одним из наиболее опасных видов повреждений являются двухцепочечные разрывы – когда обе нити спирали ДНК разрываются одновременно. В обычных условиях здоровые клетки полагаются на высокоточные системы восстановления для устранения такого рода повреждений. Однако, если эти точные системы дают сбой, клетки могут прибегнуть к менее надёжному, аварийному варианту. Исследователи из Scripps Research теперь выяснили, когда и как запускается этот резервный процесс восстановления, а также почему некоторые раковые клетки зависят от него, чтобы выжить.
Полученные результаты также указывают на то, что эту стратегию выживания можно обратить против опухолей, которые от неё зависят.
Исследование, опубликованное в журнале Cell Reports, было посвящено белку, участвующему в распутывании перекрученного генетического материала. К этому относится структуры, известные как R-петли – запутанные комплексы РНК и ДНК, которые могут нарушать нормальное функционирование ДНК. Эти структуры образуются, когда вновь синтезированная РНК не отделяется от нити ДНК, с которой она была скопирована, оставляя одну сторону ДНК открытой и уязвимой.
Профессор Scripps Research Сяохуа Ву отмечает, что R-петли важны для многих клеточных функций, но их необходимо строго контролировать. Если их регуляция нарушена, они могут накапливаться до вредных уровней и вызывать нестабильность генома.
Учёные сфокусировались на хеликазе – части группы молекулярных моторов, которые распутывают запутанный генетический материал, известной как сенатаксин (SETX). Изменения в гене SETX уже связаны с редкими неврологическими расстройствами, включая атаксию и форму бокового амиотрофического склероза (БАС). Те же мутации также появляются при некоторых видах рака матки, кожи и молочной железы. Эта связь подняла важный вопрос: как раковые клетки справляются со стрессом, вызванным избыточными R-петлями, когда SETX отсутствует или дефектен?
Чтобы найти ответы, команда Ву изучала клетки с дефицитом SETX, которые демонстрировали аномально высокий уровень R-петель. Затем учёные наблюдали, что происходило, когда в этих запутанных участках образовывались двухцепочечные разрывы. Как и ожидалось, клетки накапливали значительные повреждения ДНК. Однако исследователей удивило, насколько агрессивно реагировали клетки.
Было обнаружено, что клетка включает аварийный механизм восстановления ДНК, называемый репликацией, индуцированной разрывами (BIR).
В нормальных условиях BIR помогает спасать застопорившиеся репликационные вилки ДНК. Он также может действовать как запасной вариант восстановления для двухцепочечных разрывов. Вместо того чтобы производить небольшие, точные исправления, BIR копирует длинные участки ДНК для повторного соединения разорванных фрагментов. Это быстрое и обширное копирование позволяет клеткам выживать при серьёзных повреждениях, но имеет свою цену. Профессор Ву сравнивает этот процесс с «аварийной ремонтной бригадой, которая интенсивно работает, но допускает больше ошибок».
Исследователи выяснили, что без SETX R-петли накапливаются непосредственно в местах разрывов ДНК. Это накопление нарушает обычные сигналы клеточного восстановления. В результате, повреждённые концы ДНК чрезмерно обрезаются, обнажая длинные участки одноцепочечной ДНК. Эти обнажённые регионы привлекают аппарат BIR, включая PIF1 – хеликазу, необходимую для работы BIR. Вместе обнажённая ДНК и PIF1 действуют как спусковой крючок, запускающий процесс восстановления BIR.
Хотя BIR подвержен ошибкам, он позволяет SETX-дефицитным клеткам выживать. Однако со временем эти клетки становятся зависимыми от BIR для восстановления повреждений ДНК. Если этот путь восстановления блокируется, клетки теряют способность устранять двухцепочечные разрывы и погибают. Этот тип уязвимости известен как синтетическая летальность – принцип, уже используемый в нескольких целевых методах лечения рака.
Команда Ву обнаружила, что SETX-дефицитные клетки особенно зависят от трёх белков, связанных с BIR: PIF1, RAD52 и XPF. Профессор Ву подчёркивает, что «они не являются существенными в нормальных клетках, что означает возможность избирательного уничтожения опухолей с дефицитом SETX».
Хотя эти открытия указывают на многообещающую стратегию, профессор Ву предупреждает, что клинические применения потребуют времени. Сейчас исследователи изучают способы ингибирования этих факторов BIR, стараясь найти те, что обладают подходящей активностью и низкой токсичностью.
Команда также исследует, в каких видах рака и при каких условиях накапливается наибольшее количество R-петель. Определение опухолей, которые с наибольшей вероятностью отреагируют на BIR-таргетную терапию, станет ключевым следующим шагом. Хотя дефицит SETX сам по себе относительно редок, многие виды рака накапливают R-петли другими путями, включая активацию онкогенов или гормональную сигнализацию, такую как эстроген при некоторых видах рака молочной железы. Это означает, что подход может быть актуален для гораздо более широкого спектра опухолей, а не только для тех, что имеют мутации SETX.
