Novo istraživanje otkriva da bi pokretanje odgovora na oštećenje DNK ćelije moglo biti obećavajući put za razvoj novih tretmana protiv nekoliko retkih, ali razornih virusa za koje ne postoje antivirusni tretmani, verovatno uključujući humani papiloma virus (HPV), koji izaziva rak.
Objavljen na mreži 10. avgusta u časopisu Istraživanje nukleinskih kiselina, rad se fokusira na put odgovora na oštećenje DNK i pokazuje kako ovaj put može smanjiti funkciju virusnog enzima, helikaze, što rezultira suzbijanjem replikacije virusa.
„Ovo istraživanje je značajno i za razumevanje kako ćelije reaguju na oštećenje DNK, kako bi se sprečilo da postanu kancerogene, kako se ciljanje ovog puta može koristiti u novim tretmanima raka, i zato što sada otvara mogućnosti za nove pristupe lečenju. neke retke, ali razorne virusne infekcije“, kaže Thomas Melendi, dr., stariji autor rada i vanredni profesor mikrobiologije i imunologije na Jacobs School of Medicine i Biomedicinskih nauka na Univerzitetu u Buffalu.
Istraživanje se fokusira na proces koji se naziva odgovor na oštećenje DNK, čiji je deo evoluirao da zaustavi ili uspori sintezu DNK kad god dođe do oštećenja ćelijske DNK.
„Ovi putevi su važni za sprečavanje pogoršanja oštećenja DNK koje može dovesti do ćelijske smrti ili raka“, objašnjava dr Rama Dei-Rao, docent za mikrobiologiju i imunologiju u školi Jacobs i zajednički prvi autor na rad sa dr Kalebom Hominski, prethodnim studentom u laboratoriji.
Kada se ovi putevi aktiviraju, replikacija DNK je potisnuta na mestima u genomu koja se nazivaju poreklo; istovremeno se usporava i napredovanje viljuški replikacije DNK. Replikacijske viljuške, takozvane zato što njihova struktura podseća na viljušku, su mesta gde velike grupe proteina koordiniraju replikaciju genoma kroz odmotavanje i sintezu DNK.
Melendi kaže da iako se dosta zna o tome kako odgovor na oštećenje DNK uzrokuje ćelije da zaustave poreklo replikacije DNK od „paljenja“, bilo je mnogo teže shvatiti kako se napredovanje replikacionih viljuški usporava kao odgovor na oštećenje DNK.
„Istraživači su bili veoma zainteresovani za to kako dolazi do tog usporavanja jer je tako dramatično“, kaže Melendi. „Putevi odgovora na oštećenje DNK uzrokuju da viljuške replikacije usporavaju progresiju za oko deset puta. Ovo desetostruko usporavanje znači da bi sinteza ćelijskog genoma, koja obično traje oko 12 sati, trajala skoro pet dana, uveliko povećavajući vreme koje ćelije imaju da popravi oštećenje DNK“.
Melendi i njegove kolege godinama proučavaju dve vrste malih DNK virusa: papiloma viruse, kao što je HPV, i poliomaviruse, koji inficiraju većinu ljudi bez izazivanja ozbiljnih bolesti, ali mogu dovesti do ozbiljnih bolesti i nekih karcinoma kod imunološki oslabljenih osoba. Redak rak izazvan poliomavirusom izazvao je smrt muzičara Džimija Bafeta 2023. godine.
„Ranije smo pokazali da kao odgovor na oštećenje DNK, HPV ne zaustavlja niti usporava svoju DNK replikaciju, dok poliomavirusi zaustavljaju ili usporavaju svoju DNK replikaciju“, kaže Melendi, „tako da upoređivanjem i kontrastiranjem ova dva tipa virusa možemo steći uvid u kako se replikacija DNK polioma virusa usporava kao odgovor na oštećenje DNK, što nam zauzvrat pruža uvid u to kako se ljudske ćelije usporavaju replikaciju.
U trenutnom istraživanju, oni pokazuju da je mesto fosforilacije – gde se molekulu dodaje fosfat – na glavnom proteinu DNK replikacije poliomavirusa i transkripcionog proteina visoko očuvano u poliomavirusima kod mnogih životinjskih vrsta.
„Očuvanje ove fosforilacije/modifikacije među poliomavirusima koji su evoluirali da inficiraju mnoge različite vrste sisara sugeriše da je to verovatno važno“, kaže Melendi.
Da bi proučili efekte ovoga, istraživači UB su napravili mutaciju na specifičnom aminokiselinskom ostatku na virusnom proteinu gde se ova fosforilacija dešava da bi oponašala dodavanje fosfatne grupe koja je tamo.
Kada su eksprimirali ovaj mutantni virusni protein u ljudskim ćelijama koristeći sistem za procenu replikacije DNK poliomavirusa, otkrili su da je replikacija genoma virusa smanjena za 10 puta. Međutim, virusna transkripcija nije bila pogođena, što ukazuje da fosforilacija tog aminokiselinskog ostatka ima visoko specifičan efekat na replikaciju virusne DNK, ali nije uticala na druge funkcije tog proteina.
Upoređujući proteine divljeg tipa i mutantne proteine, otkrili su da je jedina funkcija za koju je ugrožena bila sposobnost da deluje kao DNK helikaza, odmotavajući DNK lance kako bi se olakšao ulazak enzima za sintezu DNK.
„Ovo je prva demonstracija da bi moglo biti moguće koristiti fosforilaciju kao ‘prekidač’ na DNK helikazi za smanjenje brzine replikacije“, objašnjava Melendi.
Dokazi sugerišu da se slična fosforilacija može desiti i u ljudskim DNK helikazama.
„Za mnoge vrste raka, ako selektivno inhibiramo kontrolne tačke oštećenja DNK koje još uvek zadržavaju, i istovremeno lečimo sa nižim od normalnih količina hemoterapeutika koji oštećuju DNK, onda bismo mogli da selektivno oštetimo ćelije raka, ostavljajući nekancerozne ćelije netaknute, u velikoj meri povećavajući ubijanje ćelija raka uz istovremeno smanjenje toksičnih neželjenih efekata.“
Ovo je stalna oblast proučavanja istraživača UB sa svojim saradnicima u Sveobuhvatnom centru za rak u Rosvel Parku.
Na osnovu trenutne studije, ove kontrolne tačke oštećenja DNK sada mogu biti relevantne za lečenje virusnih infekcija malih DNK virusa koji se istražuju u UB.
„Pošto se skoro isključivo oslanjaju na enzime ćelije domaćina da bi sintetizovali svoje virusne genome, ovi mali DNK virusi su bili veoma otporni na antivirusne terapeutike“, kaže Melendi.
„Trenutno nemamo antivirusne tretmane za HPV ili poliomaviruse. Pokretanjem odgovora na oštećenje DNK kod pacijenta, ovo bi moglo dramatično usporiti replikaciju virusne DNK, suzbijajući infekciju, pružajući nam novi put za moguće antivirusne tretmane ovih od- ipak neizlečive virusne infekcije.“
