Istraživači sa Univerziteta u Pitsburgu su po prvi put pokazali kako poliomavirus Merkel ćelija (MCV), koji izaziva agresivni rak kože nazvan karcinom Merkel ćelija, pokreće replikaciju DNK u ćelijama domaćina.
Objavljeno u časopisu PNAS, studija baca svetlo na fundamentalno pitanje kako virusi prevazilaze pažljivo regulisan sistem replikacije DNK svojih ćelija domaćina da bi napravili stotine novih kopija samih sebe.
„Razumevanje načina na koji se MCV replicira daje nam zaista važne naznake o tome kako ovaj virus može da izazove rak“, rekao je ko-stariji autor Patrick Moore, MD, ugledni profesor na Odeljenju za mikrobiologiju i medicinsku genetiku Pitt School of Medicine i UPMC Hillman Cancer Center. „Takođe pruža uvid u druge viruse koji izazivaju rak i zašto neki virusi ne izazivaju rak. U budućnosti bi nam to moglo pomoći da razvijemo nove terapije ili vakcine protiv karcinoma uzrokovanih infekcijom.“
Mur i ko-stariji autor Iuan Chang, MD, ugledni profesor na Odeljenju za patologiju i UPMC Hillman Cancer Center prvi put su otkrili MCV 2008. Prema Muru, većina odraslih ima ovaj virus, koji je obično bezopasan, ali povremeno izaziva karcinom Merkelovih ćelija, smrtonosni oblik raka kože koji se svake godine dijagnostikuje kod oko 3.000 ljudi u SAD.
U novoj studiji, koju je vodio postdoktorski saradnik dr Li (Džejms) Van, istraživači su se udružili sa Benetom Van Houtenom, doktorom, profesorom na Pitovom odeljenju za farmakologiju i hemijsku biologiju, i postdoktorskim kolegom Metjuom Schaich, Ph.D., da proučava MCV replikaciju u nikada ranije viđenim detaljima koristeći instrument koji se zove C-zamka i tehniku pod nazivom SMADNE.
„Do sada smo morali da zaključimo kako se virusi repliciraju iz statičnih slika, koje su u suštini samo snimak u vremenu“, rekao je Mur. „C-zamka nam omogućava da gledamo kako se proteini vezuju za jedan molekul DNK u realnom vremenu kao male tačke svetlosti. To je kao da gledamo film umesto da gledamo fotografiju.“
Tokom normalne ćelijske deobe, prvi korak replikacije DNK uključuje proteine zvane helikaze koje formiraju dva rukava oko dvostruke spirale DNK. Ovi rukavi se guraju zajedno da bi rasklopili dvolančanu DNK u jednolančane niti tako da se drugi proteini mogu vezati i izvršiti sledeće korake. Ovaj proces otvaranja zahteva ćelijsku energiju u obliku molekula ATP.
„Replikacija DNK je strogo kontrolisana od strane ćelije“, rekao je Mur. „Ako bilo koji od 3 milijarde baznih parova koji čine naš genom ima mutaciju, to može izazvati rak ili druge bolesti, tako da se ogromna količina energije troši na proveru grešaka i osiguravanje da su uslovi u ćeliji ispravni za replikacija“.
Poznat kao licencirana replikacija DNK, ovaj kontrolisani proces se dešava samo jednom svaki put kada se ćelija deli.
Nasuprot tome, kada virus otme mašineriju za replikaciju DNK ćelije domaćina, on se replicira stotine puta.
Ova „nelicencirana“ replikacija ne podleže istoj kontroli kvaliteta i mnogo je sklonija greškama. Sa MCV, određene mutacije mogu prouzrokovati da se ceo genetski kod virusa, ili genom, ubaci u genom njegovog domaćina, uzrokujući da prethodno normalne ćelije prolaze kroz nesputani rast i deobu da postanu kancerogene.
Mur i Čangov tim otkrili su da MCV verzija helikaze ne formira rukave oko DNK kao što su očekivali. Umesto toga, direktno razdvaja molekul DNK. Virusna helikaza to može učiniti više puta bez upotrebe ATP-a, omogućavajući virusu da nadmaši normalnu ćelijsku replikaciju.
Prema Muru, ovo istraživanje bi na kraju moglo dovesti do novih antivirusnih terapija, ne za MCV jer je obično bezopasan, već za blisko povezane viruse poput onih poznatih kao JC i BK koji predstavljaju veliki problem za pacijente sa transplantacijom ili za druge viruse koji izazivaju rak.
Pored MCV-a, poznato je da šest drugih ljudskih virusa izaziva rak, uključujući humani papiloma virus (HPV) koji izaziva rak grlića materice i glave i vrata i herpes virus Kaposi sarkoma — koji su takođe otkrili Mur i Čang — koji izaziva vrstu raka koja formira se u sluznici krvnih i limfnih sudova.
U budućnosti, istraživači planiraju da prošire svoje razumevanje replikacije virusa proučavanjem nekih od ovih drugih virusa koji izazivaju rak u poređenju sa MCV.
„Virusi su poput malih malih robota, ali i dalje imaju veoma komplikovane mehanizme koji im omogućavaju da osete svoje okruženje i otkriju šta se dešava u ćeliji domaćinu kako bi znali kada je najkorisnije da pređu iz tihog ili latentnog stanja u pokretanje replikacije. “, rekao je Mur. „Učenje o tome kako se repliciraju je centralno za razvoj sigurnih i efikasnih antivirusnih lekova ili vakcina koje ciljaju ove proteine unutar ćelije raka.
Dodatni autori studije su bili Sabrina Toland, Lindsei R. Robinson-McCarthi, Ph.D., Nara Lee, Ph.D., Sarah R. Hengel, Ph.D., UPMC ili Pitt; Ksiaochen Li, sa UPMC-a i Univerziteta Tsinghua; i Kara A. Bernstein, Ph.D., sa Univerziteta u Pensilvaniji.
