Это исследование демонстрирует новую роль митохондрий, вызывающих нестабильность генома в ядре раковых клеток, говорят исследователи UAB.В целом, исследование последовательностей генома 57 раковых опухолей прямой кишки показало, что в среднем в 4,42 раза больше соматической ядерной митохондриальной ДНК по сравнению с подобранной контрольной группой здоровой крови. Это говорит о том, что миграция митохондриальной ДНК в ядерный геном играет важную роль в развитии рака, говорят соответствующие авторы Хемант К. Тивари, доктор философии, и Кешав К. Сингх, доктор философии. Тивари — профессор биостатистики в Школе общественного здравоохранения UAB, а Сингх — профессор генетики в Школе медицины UAB.
Многочисленные митохондриальные органеллы находятся почти во всех высших эукариотических клетках, и они функционируют как электростанции клеток, вырабатывая АТФ, основной источник энергии клетки. В митохондриях человека всего 37 генов. Митохондрии расположены в цитозоле клеток за пределами ядра клетки; ДНК-геном клетки расположен внутри ядерной мембраны.
В течение эонов фрагменты митохондриальной ДНК естественным образом встраивались в геномы эукариот; при рождении, например, у человека есть от 755 до 1155 вставок митохондриальной ДНК зародышевой линии, которые передаются из поколения в поколение. Эти унаследованные вставки митохондриальной ДНК зародышевой линии наблюдаются у широкого круга организмов, включая людей, растения, дрожжи, малярийных паразитов и нематод.Помимо ДНК, в ядре также можно найти целые митохондрии, митохондриальные белки и митохондриальную РНК; но их роль в здоровье человека и болезнях остается относительно неизученной.
Увеличение митохондриальной ДНК в геномах раковых клеток, наблюдаемое командой UAB, предполагает, что соматическая вставка митохондриальной ДНК произошла по мере развития рака.Среднее изменение кратности ядерной митохондриальной ДНК в колоректальных опухолях у женщин было выше, чем у мужчин.
Похоже, существует корреляция увеличения кратности изменения с более низкой выживаемостью пациентов, но исследователи говорят, что для окончательного вывода необходим дальнейший анализ выборки большего размера.Вставки соматической митохондриальной ДНК, по-видимому, коррелируют с богатыми генами сегментами генома, и исследователи нанесли на карту горячие точки на митохондриальном геноме для миграции в ядерный геном.Поскольку генный продукт YME1 является мощным супрессором миграции митохондриальной ДНК в геном дрожжей Saccharomyces cerevisiae, Тивари и Сингх исследовали человеческий гомолог гена YME1, названный YME1L1. Оба генных продукта играют консервативную роль в сборке митохондрий (митохондрии состоят из 2000 белков, кодируемых ядерным геномом, и 13 белков, кодируемых митохондриальным геномом), целостности митохондрий и метаболизме ДНК.
Однако роль YME1L1 человека в подавлении миграции митохондриальной ДНК в ядро была неизвестна.В качестве косвенного доказательства исследователи UAB обнаружили, что 16 процентов из 57 исследованных последовательностей колоректального рака имели мутации в гене YME1L1 человека. Расширенный анализ последовательностей колоректального рака в базе данных Cancer Genome Atlas показал высокую частоту мутаций YME1L1.
Исследователи также обнаружили высокую частоту мутаций YME1L1 при других формах рака.Затем команда UAB показала, что отключение YME1L1 в линии клеток человека резко увеличивает количество митохондриальной ДНК в ядерной фракции клеток, нокаутированных по YME1L1. Эти результаты идентифицировали YME1L1 как первый зарегистрированный ген-супрессор ядерной миграции митохондриальной ДНК у людей, и они предположили, что инактивация YME1L1 приводит к повышенной миграции митохондриальной ДНК в ядро.
Это было проверено на дрожжах. Маркер, который может транскрибироваться только в ядре, был вставлен в митохондриальную ДНК дрожжей. Когда дрожжевой YME1 был мутирован, маркер был в 20 раз выше по сравнению с дрожжами с немутантным YME1. Когда человеческий YME1L1 был введен в дрожжи с мутированным YME1, продукт человеческого гена частично восстановил мутацию YME1, предотвращая миграцию митохондриальной ДНК в ядро.
Таким образом, YME1L1 человека, по-видимому, подавляет миграцию митохондриальной ДНК в ядро.Тивари и Сингх назвали новый термин — нумтогенез (произносится как «ноо-митто-генезис») — для этого явления митохондриального присутствия в ядре.В сопутствующей статье в «Аналитической биохимии» лаборатория Сингха и лаборатория Бернд Фрибе на кафедре патологии растений Университета штата Канзас описывают молекулярный инструмент для быстрого обнаружения и анализа внедрения митохондриальной ДНК в геномы клеток.
До сих пор анализ митохондриальной ДНК, вставленной в ядерный геном, зависел от глубокого секвенирования генома в сочетании с комплексным компьютерным анализом всего генома, что требовало много времени, громоздкости и недешево. Исследователи во главе с автором-корреспондентом Сингхом и первым автором Дал-Хоу Ку, доцентом-исследователем из штата Канзас, разработали методику одномолекулярного митохондриального волокна-FISH с использованием флуоресцентной гибридизации in situ.
Это позволяет с высоким разрешением картировать гены и хромосомные области на отдельных волокнах ДНК, а также определять физическое местоположение зондов митохондриальной ДНК с точностью до 1000 пар оснований.«Этот новый метод, — сказали они, — должен помочь различать и контролировать стадии и прогрессирование рака, помогать в выяснении основных механизмов, лежащих в основе туморогенеза, и облегчать анализ процессов, связанных с ранним обнаружением рака, скринингом и / или оценкой риска рака».
