Mutacije u genetskom regionu koji reguliše stabilnost RNK mogu uticati na ishod raka prostate i otpornost na lekove, prema novom radu naučnika iz Centra za rak Fred Hačinson, objavljenom u Cell Reports.
„Osnovni zaključak je da je životni ciklus RNK [molekula] zaista važan za rak prostate – i funkcionalno je povezan sa ishodima pacijenata“, rekao je stručnjak za rak prostate Fred Hutch Andrev Hsieh, MD, stariji autor studije.
Tim je razvio inovativne nove tehnike za testiranje da li mutacije povezane sa rakom u malo proučenom i još uvek misterioznom regionu RNK mogu uticati na proizvodnju proteina i ćelijsku funkciju.
Samantha Schuster, doktor nauka, dok je bila diplomirani student u Hsieh-ovoj laboratoriji, razvila je dve komplementarne metode koje su joj omogućile da proceni značaj hiljada mutacija povezanih sa rakom za koje je pronađeno da vrebaju u DNK uznapredovalih tumora prostate. Njen rad sugeriše da mutacije u ovom ključnom genetskom regionu mogu uticati na RNK na načine koji mogu pomoći ćelijama raka da rastu i da se odupru lečenju lekovima.
Dok naučnici nastoje da dodaju arsenalu preciznih onkoloških strategija i prilagođenih tretmana raka, Schuster i Hsieh se nadaju da će studija podstaći ove istraživače da više razmišljaju o tome koje mutacije mogu doprinijeti raku i gdje tražiti buduće terapeutske ciljeve.
„Naši nalazi kažu da je ovo područje važno – pogledajte ovde“, rekao je Šuster.
Vakcine zasnovane na COVID-19 RNK prvo su globalnoj publici predstavile glasničku RNK, međumolekule koji omogućavaju našim ćelijama da informacije sadržane u DNK pretvore u proteine.
Proteini pokreću biološke procese naših ćelija, a uputstva za njihovu izgradnju ugrađena su u našu DNK. Da bi izgradile proteine, naše ćelije kopiraju ili transkribuju ove informacije u mnoge molekule glasnika ili iRNK, koji ih prenose do molekularnih mašina za izgradnju proteina koje ih prevode u nizove aminokiselina.
Mnogo faktora reguliše koliko se proteina proizvodi nakon uključivanja gena.
„Važna stvar koju treba razumeti je da svaki od tih koraka nije linearni put“, rekao je Šuster. „Postoji toliko čudnih drugih regulatornih koraka koji mogu postojati… I bilo koji od njih može pokvariti proteine, što može dovesti do raka.“
Koliko mRNK je napravljeno, koliko dugo traju i koliko proteina se proizvodi iz svake kopije – sve to igra ulogu, a mnogo toga regulišu same mRNK.
Šuster se fokusira na deo RNK koji ne kodira informacije o proteinima, već umesto toga pomaže u regulisanju sinteze proteina i koliko dugo RNK ostaje pre nego što se razbije. To je jedan od segmenata poznatih kao neprevedeni region, ili UTR, na svakom kraju mRNK.
Na jednom kraju je 5′ (ili 5-prime) UTR, a na drugom 3’UTR. (RNK se sastoji od baza ribonukleinske kiseline, koje su u suštini prstenovi od pet atoma ugljenika. Atomi ugljenika su obeleženi od 1 do 5 i baze se povezuju pomoću ugljenika 5 i 3 u zajedničku fosfatnu grupu. Na jednom kraju RNK Ugljen 5 je nevezan, a na drugom kraju je ugljenik 3 koji je slobodan.)
UTR takođe mogu biti mutirani, što bi moglo da promeni nivoe proteina čak i ako su proizvedeni proteini normalni. Prekomerni rast je obeležje raka. Previše proteina koji poboljšavaju rast, ili premalo proteina koji ograničava rast, moglo bi da učini da ćelije postanu ili ostanu kancerogene.
Hsiehov tim je već pokazao da mutacije povezane sa rakom prostate u 5’UTR verovatno igraju važnu ulogu u raku prostate. To je ostavilo znak pitanja iznad drugog UTR-a mRNA.
„Mnogo pažnje je posvećeno nekoliko pojedinačnih mutacija u 3’UTR, ali nije mnogo pažnje posvećeno samom 3’UTR. To je slepa tačka“, rekao je Šuster.
To je takođe tehnička glavobolja. Kao i DNK, RNK se sastoji od nukleotida (poznatih i kao baze). Oba UTR-a mogu da variraju u svom broju baza, ali 5’UTR dostiže maksimum od oko 1600. 3’UTR može biti tri puta duži — predugačak da bi se čak i naše najnaprednije tehnologije sekvenciranja završile u jednom koraku.
Da bi proučavao efekte hiljada 3’UTR mutacija povezanih sa rakom prostate, Šuster je morao da razvije tehnike koje se bave dugim 3’UTR na multipleksirani način. Pažljivo je prilagodila ono što je poznato kao masovni paralelni reporterski test, ili MPRA, da bi prevazišla izazov dugih 3’UTR-a i ispitala njihove dve glavne uloge. Jedna MPRA joj omogućava da ispita kako mutacije utiču na efikasnost translacije (brzinu kojom se proteini proizvode iz iRNK), dok druga MPRA tehnika procenjuje degradaciju i stabilnost RNK.
„Njen cilj je bio da dođe do: „Kakvo je dejstvo ovih [mutacija] na ćeliju?“ A to nije urađeno“, rekao je Hsieh. „To je svedočanstvo njene naučne snage.“
Šuster je primenila svoje metode na više od 14.000 3’UTR mutacija pronađenih u 185 uznapredovalih tumora prostate koji su se proširili i razvili otpornost na tretmane blokiranja androgena, takođe poznatih kao metastatski rak prostate otporan na kastraciju. Ispitivala je mutacije prisutne u tumorima, ali ne u odgovarajućim uzorcima zdravog tkiva.
Uzorci su došli od 79 pacijenata koji su donirali tkivo programu obdukcije tkiva Univerziteta u Vašingtonu; 101 pacijent koji je donirao projekat Stand Up to Cancer Vest Coast Dream Team; i pet modela ksenotransplantata izvedenih od pacijenata (u kojima se tumorsko tkivo uzeto od pacijenata uzgaja na miševima).
Kada je primenila svoj MPRA pristup na 14.000 3’UTR mutacija, Šuster je videla da su mnogi promenili efikasnost prevođenja. Funkcionalne mutacije u genima za rak obično povećavaju proizvodnju proteina – do 16 puta. Oni u genima protiv raka obično smanjuju efikasnost prevođenja, čak i trostruko, što bi dovelo do nižih nivoa proteina koji potencijalno inhibira rak.
Kada je procenila stabilnost RNK, Šuster je otkrila da je 150 mutacija 3’UTR zasnovanih na pacijentu, od kojih su mnoge u genima za koje je poznato da promovišu rak, promenile stabilnost RNK. Većina se javlja u genima koji mogu pomoći da se rak prostate prebaci na neuroendokrini tip, koji može nastati kako tumori evoluiraju kako bi izbjegli terapije koje blokiraju hormone.
Šuster je koristio CRISPR da uvede dve od 3’UTR mutacija koje su imale najveći uticaj na proizvodnju proteina u DNK kako bi testirao da li one utiču i na ćelijsku funkciju. Najmanje jedan, u genu za protein ZVILCH, koji igra važnu ulogu u deobi ćelija, može biti u stanju da pomogne tumorskim ćelijama da prevaziđu izloženost cisplatinu. Cisplatin je hemoterapija koja oštećuje DNK i blokira deobu ćelija tačno na mestu gde je ZVILCH najvažniji.
„Ovo je prvi put da je neko pokazao da mutacija zasnovana na pacijentu u 3’UTR može omogućiti rezistenciju na lekove“, rekao je Hsieh.
Druga mutacija koju je Schuster testirao pomogla je ćelijama da rastu uprkos stresnim uslovima sa malo hranljivih materija, sličnim onima koji se često nalaze u tumorima.
Kada su pacijenti sa rakom prostate imali ove mutacije u svojim tumorima, tumori su brže postali otporni na tretmane koji blokiraju hormone, brže se širili kroz telo i imali su kraće vreme preživljavanja.
Pored demonstracije da mutacije 3’UTR mogu imati potencijalno efekte na gene koji podstiču rak, Šusterovi nalazi sugerišu da bi mutacije u 3’UTR mogle naučiti istraživače više o tome kako sekvenca i oblik RNK utiču na to kako funkcioniše i kako je regulisan. Više od 75% 3’UTR mutacija koje su uticale na efikasnost translacije promenile su sekvence koje drugi molekuli koriste za interakciju sa RNK.
Važno je da mnoge mutacije ne utiču samo na sekvencu RNK – one utiču na njen oblik, rekao je Šuster. RNK je jedan lanac baza koji se može savijati na sebe i formirati složene i dinamične oblike, koji utiču na to kako ona reaguje sa proteinima koji regulišu RNK i aparatom za sintezu proteina.
„Ove oblasti su u osnovi molekularne ručke za proteine ili drugu RNK. I upravo te interakcije omogućavaju da RNK opstaju ili da se razgrađuju“, rekao je Hsieh. „A proučavanjem kako mutacije povezane sa rakom utiču na to, možemo dobiti bolji osećaj šta je važno.“
On i njegov tim su veoma zainteresovani da razumeju kako funkcionišu interakcije između proteina i RNK i kako da ih poremete – korak ka razvoju tretmana koji bi mogli da ih ciljaju.
Hsieh se takođe nada da će bolje razumeti kako RNK interaguje sa RNK, pošto 3′ i 5’UTR takođe međusobno komuniciraju na potencijalno važne načine. I dok su mesindžer RNK možda najpoznatije, postoje mnoge druge vrste RNK u ćelijama, a neke se vezuju za 3’UTR i regulišu ih.
Još jedan budući korak biće da se pogleda genetika 3’UTR u pojedinačnim ćelijama, rekao je Hsieh. On sumnja da mutacije u 3’UTR mogu pomoći pojedinačnim ćelijama raka da uspeju u promenljivom okruženju tumora, pokrećući nove puteve evolucije koji mogu da izazovu otpornost na lekove ili im pomognu da rastu u uslovima koji su manje od optimalnih. Oni su važan deo mutacionog pejzaža karcinoma prostate – a možda i drugih vrsta tumora.
„Pejzaž nije statična stvar. Funkcionalni efekti [mutacija] stvaraju nove konture. Funkcionalnost pejzaža stvara tumorski ekosistem“, rekao je Hsieh. „Ovo je prvi rad koji razmatra ceo spektar u okviru raka prostate. I zbog toga, mislim da imamo dobar pogled na to kako ove mutacije zapravo funkcionišu.“
