Новое исследование ученых из Университета Рокфеллера показывает, что раскачивание цепей на самом деле является неотъемлемой частью репарации ДНК в клетках млекопитающих. Тития де Ланге, профессор Леона Гесса и глава лаборатории клеточной биологии и генетики, руководила исследованием, которое было описано 5 ноября в Cell.«Эта статья показывает, что увеличение физической подвижности цепей ДНК происходит внутри клеток млекопитающих каждый раз, когда происходит разрыв ДНК», — говорит де Ланге, который также является профессором Американского онкологического общества и директором Центра Андерсона. Исследования рака в Рокфеллере. «Эти разрывы — и последующее увеличение подвижности ДНК — могут произойти в результате проблем во время репликации ДНК, химиотерапии и других причин».
Узнав больше об этом интригующем механизме, исследователи надеются найти новые способы оптимизации использования нами методов лечения рака, некоторые из которых действуют, манипулируя процессом восстановления ДНК в злокачественных клетках.В течение многих лет биологи горячо обсуждали, насколько часто ДНК становится более подвижной после повреждения.
В 2008 году де Ланж и ее команда обнаружили процесс в теломерах, крышках на концах хромосом, сняв ДНК до и после повреждения. Это было ключевым открытием, поскольку теломеры выполняют важные функции в делении клеток и защите хромосом млекопитающих.После этого исследования де Ланге и доктор наук Франциска Лоттерсбергер в своей лаборатории определили клеточные структуры, участвующие в увеличении подвижности ДНК после повреждения. Одна из этих структур встроена в ядерную оболочку, барьер, окружающий хромосомы.
Удивительно, но вторая структура, которая увеличивает подвижность поврежденной ДНК — микротрубочки — находится вне ядра, в цитоплазме. Микротрубочки — это высокодинамичные стержни, которые могут перемещать предметы внутри клетки, но также могут протыкать ядро. Каким-то образом микротрубочки взаимодействуют с ядерной оболочкой, посылая сигнал для увеличения подвижности поврежденной ДНК.
Благодаря этим открытиям де Ланге и ее команда получили инструменты для определения распространенности подвижности ДНК в геноме млекопитающих — путем удаления структур, от которых она зависела. Когда команда удалила белок оболочки, двухцепочечные разрывы ДНК по всему геному стали менее мобильными. То же самое произошло, когда исследователи добавили препараты, подавляющие микротрубочки.Следующим шагом, по словам де Ланге, будет попытка выяснить, почему подвижность ДНК увеличивается после повреждения.
Одна из возможностей, по ее мнению, заключается в том, что этот процесс служит «механизмом отказоустойчивости», когда обычные процессы восстановления не работают: чем больше перемещаются сломанные нити, тем больше шансов, что они снова найдут друг друга и восстановят перерыв.Но этот процесс опасен, когда происходит сразу несколько разрывов ДНК — например, после воздействия химиотерапии.
В этой ситуации движение сломанных концов может привести к слипанию частей из разных хромосом, образуя хромосомы-монстры, которые убивают клетку. Этот принцип лежит в основе лечения некоторых форм рака груди и яичников с помощью новых препаратов, называемых ингибиторами PARP, которые вызывают сразу несколько разрывов ДНК.Но теперь, когда де Ланж показал, что для этого процесса необходимы микротрубочки, это указывает на потенциальную проблему, если врачи комбинируют ингибиторы PARP с другим типом химиотерапии, который часто назначают при этих формах рака, — таксолом (паклитакселом), который убивает клетки, разрушая функция микротрубочек.
Без микротрубочек поврежденные концы ДНК менее подвижны и с меньшей вероятностью образуют хромосомы-монстры. Таким образом, действие одного препарата может противодействовать другому.
«Хотя мы исследуем очень основную проблему биологии — как клетки восстанавливают повреждения ДНК — наши открытия могут иметь потенциальные последствия для клиники», — говорит де Ланге.