Ключевой способ лучевой терапии и химиотерапии заключается в создании смертельных двухцепочечных разрывов в ДНК раковых клеток. Ученый из онкологического центра Джорджии хочет помочь этим методам лечения лучше работать, лучше понимая сложный процесс восстановления повреждений ДНК, потому что иногда эти методы лечения могут непреднамеренно способствовать развитию рака.

Мы пытаемся идентифицировать репаративный белок, который может помочь здоровым клеткам избежать смерти или стать злокачественными ».

Д-р. Чунхонг Ян, молекулярный биолог, онкологический центр, факультет биохимии и молекулярной биологии, Медицинский колледж Джорджии, Университет Августа

ATF3, датчик клеточного стресса, который, как показала команда Яна, играет важную роль в восстановлении повреждений ДНК, может быть этим белком. Новый грант в 1,7 миллиона долларов (R01CA240966) от Национального института рака помогает им выяснить это.

Наш наследственный материал содержится в ядрах наших клеток и постоянно подвергается бомбардировке такими факторами, как солнечный свет и окислительный стресс, даже химическими веществами в нашей пище. Наши здоровые клетки в основном способны восстанавливать повреждения ДНК, но раковые клетки имеют дефект в их механизме восстановления повреждений ДНК, который должен сделать их более уязвимыми для химиотерапии и радиации. На самом деле, естественная, быстрая способность наших здоровых клеток восстанавливать повреждения ДНК считается естественным противораковым барьером, поскольку неполный ремонт может накапливаться и превращаться в рак, – говорит Ян. Это одна из причин, по которой риск рака обычно увеличивается с возрастом.

Одна из проблем лучевой и химиотерапии – это побочный ущерб, который она наносит здоровым клеткам. Несмотря на усилия по более целенаправленной доставке, лечение также может вызывать серьезные двухцепочечные разрывы в ДНК здоровых клеток, подвергая их риску смерти или становления частью опухоли, что является одним из прискорбных побочных эффектов этих методов лечения и основных причин. для интереса Яна. «Если мы сможем найти что-то, что конкретно убивает только раковые клетки, но сохраняет нормальные клетки здоровыми, это может быть очень полезно для пациентов», – говорит он.

Итак, Ян и его лаборатория анализируют это важное «поддержание генома» восстановления ДНК. Если их результаты и дальше останутся верными, их конечная цель – новые методы лечения рака, которые будут более активно использовать способность ATF3 останавливать спонтанное образование опухолей.

Они уже показали, что белок ATF3 необходим для эффективного и полного доступа к ДНК и ее восстановления. По его словам, без него у мышей образуется больше опухолей, что говорит о том, что ATF3 играет важную роль в подавлении образования опухолей. Это включает установление прямой связи между ATF3 и установленным опухолевым супрессором p53. Они обнаружили, что ATF3 может связываться с p53 и увеличивать экспрессию этого белка, который также играет роль в ответе на повреждение ДНК, включая выход на место происшествия и перевод клетки в состояние покоя для облегчения восстановления. Другая сторона медали состоит в том, что когда клетка не может восстанавливаться, p53 позволяет ей совершить самоубийство. «Без ATF3 больше шансов, что клетка просто перерастет в рак», – говорит Ян.

Но для хорошего ремонта сначала требуется доступ. Чтобы наша длинная ДНК поместилась внутри наших компактных клеток, белки, называемые гистонами, создают своего рода катушку, называемую нуклеосомой, вокруг которой наматывается знаковая двухцепочечная ДНК. Хроматин – это биологическая упаковка. В плотных пределах хроматина знакомая классическая двойная спираль, напоминающая скрученную лестницу, больше напоминает X-образную форму, напоминающую прищепку.

Когда клетка ощущает повреждение ДНК, гистонам необходимо модифицировать хроматин, чтобы репаративные белки могли проникнуть внутрь и выполнять свою работу, а ДНК необходимо ослабить хватку на нуклеосоме. После того, как они получают доступ к повреждению, репарационные белки обеспечивают так называемое негомологичное соединение концов, по существу обрезая сломанные концы поврежденной ДНК и соединяя их вместе.

Ян узнает больше об этих модификациях гистонов и тех, которые необходимы для рекрутирования тех репарационных белков, которые уже находятся в ядре, прямо в место повреждения.

Их цель – узнать больше о том, как ATF3, также уже присутствующий в ядре клетки, попадает в место фактического повреждения ДНК. У них есть доказательства того, что еще один гистон, называемый H2AX, может быть частью этого.

H2AX находится в хроматине, и когда в ДНК происходит двухцепочечный разрыв, он в считанные секунды изменяется на? H2AX, у лаборатории Яна есть доказательства, вербует ATF3 к месту повреждения. Ян отмечает, что, хотя он еще не может сказать, что это первые изменения, он может сказать, что они очень ранние.

«Мы обнаружили, что ATF3 может довольно быстро попасть в место повреждения и способствовать изменению хроматина», – говорит Ян. Они обнаружили, что связывание ATF3 с ферментами Tip60 и p300 / CBP и их стабилизация может помочь обеспечить прямой доступ к месту повреждения ДНК, чтобы репарационные белки могли проникнуть внутрь.

Это так называемое ацетилирование гистонов считается основным способом восстановления повреждений ДНК, поэтому важно идентифицировать гены, которые регулируют это важное пересечение, чтобы клетки могли быть должным образом восстановлены и не стали злокачественными, – говорит Ян.

Лаборатория Яна показала, что ATF3 может активировать естественный опухолевый супрессор p53, в то же время заставляя Tip60 активировать основную киназу ответа на повреждение ДНК ATM, которая обеспечивает своего рода основу для команды репаративных белков, которая будет задействована. p53 также появляется рано, как главный инженер, помогая принимать решения о том, является ли ДНК потерей или ее можно восстановить.

Теперь они хотят узнать больше о том, как ATF3 способствует p300 / CBP, что в конечном итоге вызывает множественные репарационные белки. Это включает в себя изучение того, как ATF3 изменяет структуру хроматина, чтобы помочь рекрутировать эти репаративные белки. Отсутствие у мыши ATF3 позволяет им лучше видеть роль ATF3, включая дальнейшее изучение того, увеличивается ли рак при МИА.

Ян задокументировал более низкие уровни ATF3 у больных раком; и как снижение уровня ATF3 снижает репарацию ДНК и увеличивает восприимчивость к радиации. Его исследовательская группа также обнаружила, что ATF3 важен для предотвращения превращения поврежденных клеток в рак. Ян и другие дополнительно показали, что ATF3 может подавлять распространение рака легких, толстой кишки и мочевого пузыря.

Повреждение ДНК является одним из наиболее распространенных источников клеточного стресса.

Как и многие другие функции организма, механизм репарации ДНК с возрастом становится менее эффективным. Повреждения ДНК, не восстановленные или не полностью восстановленные, могут привести к мутациям, которые увеличивают риск превращения клетки в рак; или, с помощью p53, гибель клеток от апоптоза, врожденная способность клетки убивать себя, когда повреждение, вероятно, не может быть восстановлено.