Nova studija koju su vodili Univerzitet u Pitsburgu i istraživači UPMC Hillman Centra za rak pokazuje da je enzim nazvan PARP1 uključen u popravku telomera, dužine DNK koje štite vrhove hromozoma, i da narušavanje ovog procesa može dovesti do skraćivanja telomera i genoma. nestabilnost koja može izazvati rak.
Posao PARP1 je nadzor genoma: kada oseti lomove ili lezije u DNK, on dodaje molekul koji se zove ADP-riboza specifičnim proteinima, koji deluju kao svetionik za regrutovanje drugih proteina koji popravljaju prekid. Nova otkrića, objavljena u Nature Structural & Molecular Biologi, prvi su dokaz da PARP1 takođe deluje na telomernu DNK, otvarajući nove puteve za razumevanje i poboljšanje terapija raka koje inhibiraju PARP1.
„Niko nije mislio da je ADP-ribozilacija na DNK moguća, ali nedavna otkrića osporavaju ovu dogmu“, rekao je dr Roderik O’Salivan, vanredni profesor molekularne farmakologije Pit i istraživač na UPMC Hilman. „PARP1 je jedna od najvažnijih biomedicinskih meta za istraživanje raka, ali se smatralo da lekovi koji ciljaju ovaj enzim deluju samo na proteine. Sada kada znamo da PARP1 takođe modifikuje DNK, menja igru jer potencijalno možemo da ciljamo ovaj aspekt PARP1 biologije za poboljšanje lečenja raka.“
U normalnim ćelijama, genomske lezije se javljaju prirodno tokom replikacije DNK kada se ćelija deli, a PARP1 igra važnu ulogu u popravljanju ovih grešaka. Ali dok zdrave ćelije imaju druge puteve popravke DNK na koje se mogu vratiti, kanceri sa nedostatkom BRCA – koji uključuju mnoge tumore dojke i jajnika – u velikoj meri se oslanjaju na PARP1 jer im nedostaju BRCA proteini, koji kontrolišu najefikasniji oblik popravke DNK koji se zove homologna replikacija.
„Kada ćelije raka ne mogu da prave BRCA proteine, one postaju zavisne od puteva popravke u koje je uključen PARP1“, rekao je O’Sullivan. „Dakle, kada inhibirate PARP1 – što je mehanizam nekoliko odobrenih lekova protiv raka – ćelije raka nemaju dostupni put za popravku i one umiru.“
Iako su naučnici otkrili ulogu PARP1 u ADP-ribozilaciji proteina pre oko 60 godina, O’Salivan i njegov saradnik, dr Ivan Ahel, profesor na Školi za patologiju Sir Villiam Dunn na Univerzitetu u Oksfordu i stručnjak za PARP1, imao je predosećaj da se o ovom enzimu i njegovoj ulozi u ćelijama može još naučiti.
O’Salivan i njegov tim, predvođeni En Vondisford, doktoricom, diplomiranim studentom u Pitovom programu obuke medicinskih naučnika, prvo su uporedili normalne ljudske ćelije sa onima kojima nedostaje PARP1. Koristeći posebna antitela koja se vezuju za ADP-ribozu i sonde specifične za telomere, otkrili su da se ADP-riboza vezuje za telomernu DNK u normalnim ćelijama, ali ne i u ćelijama sa nedostatkom PARP1, pokazujući da je ovaj enzim odgovoran za ADP-ribozilaciju DNK.
Zatim su uporedili normalne ćelije sa onima kojima nedostaje drugi enzim zvan TARG1, koji uklanja ADP-ribozu. U nedostatku TARG1, ADP-riboza se akumulirala na telomerima, što je dovelo do prekida replikacije telomera i preranog skraćivanja telomera.
Da bi pokazali da su ovi defekti telomera nastali zbog modifikacije telomerne DNK, O’Sullivan i njegov tim su uzeli bakterijske enzime koji funkcionišu slično kao PARP1 i stavili ih u ljudske ćelije.
„Koristili smo sistem vođenja da usmerimo enzime da dodaju ADP-ribozu samo na telomere i nigde drugde u genomu“, rekao je O’Saliven. „Otkrili smo da ako telomere napunimo ADP-ribozom, njihov integritet je dramatično narušen i može da ubije ćeliju u roku od nekoliko dana.
O’Sullivan pretpostavlja da ADP-riboza utiče na integritet telomera tako što narušava zaštitnu strukturu zvanu shelterin koja štiti telomere, ali je potrebno više istraživanja da bi se to potvrdilo.
„Ciljanje na PARP1 je bila priča o velikom uspehu za terapiju raka, ali neki pacijenti razvijaju otpornost na inhibitore PARP1“, rekao je O’Salivan. „Uzbuđen sam zbog ove studije jer smo otkrili nešto novo o biologiji PARP1, koja generiše čitav niz novih pitanja koja bi nam mogla pomoći da razvijemo nove pristupe ciljanju PARP1 ili finih terapija koje već imamo. U pravu smo na početku nečeg uzbudljivog i ima još mnogo toga da se istraži.“
