Эффективность этих систем ремонта сильно варьируется от человека к человеку; ученые считают, что эта вариабельность может объяснить, почему некоторые люди заболевают раком, в то время как другие, подвергшиеся воздействию аналогичных агентов, повреждающих ДНК, не заболевают. Команда исследователей Массачусетского технологического института разработала тест, который может быстро оценить некоторые из этих систем восстановления, который может помочь определить риск развития рака у людей и помочь врачам предсказать, как данный пациент отреагирует на химиотерапевтические препараты.
Новый тест, описанный в Proceedings of the National Academy of Sciences за неделю от 21 апреля, может анализировать четыре типа способности к репарации ДНК одновременно менее чем за 24 часа.
Предыдущие тесты могли оценивать только одну систему за раз.
"Все пути восстановления работают по-разному, и существующие технологии для измерения каждого из этих путей очень разные для каждого из них. Это требует опыта, времени и трудозатрат », — говорит Закари Нагель, постдок MIT и ведущий автор статьи PNAS. "Мы хотели придумать один способ одновременного измерения всех путей восстановления ДНК, чтобы у вас был единый результат, который легко измерить."
Исследовательская группа под руководством профессора Леоны Самсон использовала этот подход для измерения восстановления ДНК в типе иммортализованных клеток крови человека, называемых лимфобластоидными клетками, взятых у 24 здоровых людей.
Они обнаружили огромный диапазон изменчивости, особенно в одной системе восстановления, где клетки некоторых людей были более чем в 10 раз эффективнее, чем другие.
"Ни одна из камер не выглядела одинаково. У каждого из них есть свой спектр того, что они могут хорошо отремонтировать, а что нет. Это как отпечаток пальца для каждого человека », — говорит Самсон, профессор Ункас и Хелен Уитакер, профессор Американского онкологического общества, член факультетов биологической инженерии и биологии Массачусетского технологического института, Центра наук о здоровье окружающей среды и Института Коха.
Интегративные исследования рака.
Измерительный ремонт
С помощью нового теста команда Массачусетского технологического института может измерить, насколько хорошо клетки восстанавливают наиболее распространенные повреждения ДНК, включая однонитевые разрывы, двухцепочечные разрывы, несоответствия и введение алкильных групп, вызванных такими загрязнителями, как выхлопные газы топлива и табачный дым.
Чтобы добиться этого, исследователи создали пять различных кольцевых фрагментов ДНК, четыре из которых несут определенный тип повреждений ДНК, также называемых повреждениями ДНК. Каждая из этих кольцевых цепей ДНК или плазмид также несет ген флуоресцентного белка разного цвета. В некоторых случаях повреждения ДНК препятствуют экспрессии этих генов, поэтому, когда ДНК успешно восстановлена, клетка начинает производить флуоресцентный белок.
В других случаях восстановление повреждения ДНК отключает флуоресцентный ген.
Вводя эти плазмиды в клетки и считывая флуоресцентный свет, ученые могут определить, насколько эффективно был заживлен каждый вид поражения.
Теоретически в каждую клетку может попасть более пяти плазмид, но исследователи ограничили каждый эксперимент пятью репортерными плазмидами, чтобы избежать потенциального перекрытия цветов. Чтобы преодолеть это ограничение, исследователи также разрабатывают альтернативную тактику, которая включает в себя секвенирование информационной РНК, продуцируемой клетками при копировании плазмидных генов, вместо измерения флуоресценции.
В этой статье исследователи протестировали подход к секвенированию только с одним типом репарации ДНК, но он может позволить проводить неограниченное количество тестов одновременно, и исследователи могут настраивать целевую последовательность ДНК, чтобы выявить информацию о том, какой тип поражения несет плазмида. а также информацию о том, какие клетки пациента проходят тестирование.
Это обеспечит возможность тестирования множества различных образцов пациентов в одной партии, что сделает анализ более экономичным.
Делать прогнозы
Предыдущие исследования показали, что многие различные типы способности к репарации ДНК могут сильно различаться у внешне здоровых людей.
Некоторые из этих различий связаны с уязвимостью к раку; например, генетический дефект в типе репарации ДНК, называемой репарацией эксцизией нуклеотидов, часто приводит к состоянию, называемому пигментная ксеродерма, при котором повреждение ДНК, вызванное ультрафиолетовым светом, не восстанавливается и приводит к раку кожи.
Ученые также определили связи между репарацией ДНК и неврологическими, онтогенетическими и иммунологическими нарушениями, но полезные прогностические тесты на основе репарации ДНК не были разработаны, в основном потому, что было невозможно быстро проанализировать несколько различных типов способности к репарации ДНК одновременно.
Лаборатория Самсона в настоящее время работает над адаптацией нового теста, чтобы его можно было использовать с образцами крови, взятыми у пациентов, что позволяет исследователям выявлять людей, которые подвергаются более высокому риску, и потенциально позволяет предотвращать или раннюю диагностику заболеваний, связанных с восстановлением ДНК. Такой тест также можно использовать для прогнозирования реакции пациентов на химиотерапевтические препараты, которые часто работают за счет повреждения ДНК раковых клеток, или для определения того, сколько лучевой терапии может выдержать пациент.
Исследователи также считают, что этот тест можно использовать для поиска новых лекарств, которые ингибируют или усиливают восстановление ДНК. Ингибиторы могут быть нацелены на опухоли, чтобы сделать их более восприимчивыми к химиотерапии, в то время как усилители могут помочь защитить людей, которые случайно подверглись воздействию агентов, повреждающих ДНК, таких как радиация.
Еще одним важным приложением этого теста могло бы быть изучение фундаментальных биологических процессов, таких как то, как клетки привлекают резервные системы восстановления, чтобы заполнить их, когда другой путь перегружен, говорит Сэмюэл Уилсон, главный исследователь в Национальном институте наук о здоровье окружающей среды (NIEHS), входящем в состав Национальные институты здоровья (NIH).
«Есть возможность использовать эти мультиплексированные плазмиды в биологических анализах, где можно исследовать несколько путей репарации одновременно, предлагая очень продвинутый инструмент, позволяющий нам гораздо лучше интерпретировать статус репарации клетки», — говорит Уилсон, который не был частью исследовательской группы.