Некоторые клетки не знают, когда остановиться
Некоторые мутировавшие клетки продолжают пытаться реплицировать свою ДНК — с катастрофическими последствиями — даже после того, как лекарства лишают их сырья для этого процесса. К такому выводу пришли учёные из Университета Южной Калифорнии (USC) в новом исследовании.
Новые методы визуализации позволили впервые увидеть, что, хотя химиотерапевтические препараты останавливают процесс репликации ДНК у большинства раковых клеток, так называемые «мутанты контрольных точек» продолжают работать. Они раскручивают ДНК, создавая повреждённые цепи, что может приводить к аномалиям, наблюдаемым в раковых клетках.
«Старые методы предполагали, что эти мутанты контрольных точек прекращают репликацию, и репликационный аппарат просто распадается, вызывая повреждение ДНК, — сказала Сьюзан Форсбург, профессор молекулярной биологии в USC Dornsife College of Letters, Arts and Sciences. — Наша новая методика показывает, что процессы репликации продолжаются и активно способствуют повреждению».
Форсбург — корреспондирующий автор статьи об открытии, опубликованной онлайн в журнале Molecular & Cellular Biology в октябре. Она сотрудничала с ведущим автором Сарой Сабатинос, постдокторантом-исследователем в USC, и Марком Грином, лаборантом-исследователем.
Команда использовала распространённый химиотерапевтический препарат, чтобы создать стресс у клеток дрожжей Schizosaccharomyces pombe во время процесса репликации ДНК. Препарат лишает клетки нуклеотидов — молекул, которые клетки используют для построения цепей ДНК.
Предыдущие исследования показали, что нормальные клетки распознают потерю нуклеотидов и прекращают попытки реплицировать свою ДНК — подобно тому, как водитель с низким уровнем топлива останавливается, прежде чем двигатель заглохнет.
Исследователи обнаружили, что мутанты контрольных точек игнорируют этот сигнал. Продолжая метафору, водитель машины не может убрать ногу с педали акселератора и продолжает движение, пока двигатель не заглохнет. Если для двигателя машины это не обязательно приведёт к повреждению, то для ДНК это катастрофа.
Эти мутантные клетки продолжают пытаться реплицировать свою ДНК, раскручивая цепи, пока они не достигнут «точки коллапса», где разрываются. Это, возможно, худший вид повреждения, который можно нанести клетке.
«Мы предполагаем, что это является источником повышенного риска рака в человеческих клетках, несущих мутации контрольных точек, — сказала Сабатинос. — Нестабильность или коллапс репликационной вилки может происходить с низкой частотой в этих мутировавших клетках даже без лекарственного лечения, что в дальнейшем приводит к более частым изменениям ДНК».
Следующим шагом будет определение того, что происходит с небольшой долей мутантных клеток, которые переживают это лечение.
«Применив сложную комбинацию генетических инструментов, лекарственной терапии и передовой визуализации, Сьюзан Форсбург и её коллеги получили новый взгляд на давнюю проблему, — сказал Майкл Редди, курирующий гранты на исследования репликации ДНК в Национальном институте общих медицинских наук (NIGMS) Национальных институтов здоровья (NIH), который финансировал работу. — Их принципиально пересмотренный сценарий динамики коллапса вилки, вероятно, приведёт к бесценным выводам о том, как дефектные по контрольным точкам человеческие раковые клетки сохраняют свою ДНК, сопротивляясь тем самым химиотерапии».