Site-urile vulnerabile ale ADN-ului cresc sensibilitatea celulelor canceroase la inhibitorii PARP
Un grup restrâns de site-uri vulnerabile ale ADN-ului poate face celulele canceroase extrem de sensibile la medicamentele țintite numite inhibitori PARP, conform unui nou studiu.
Coordonat de cercetori de la NYU Langone Health și Perlmutter Cancer Center, cercetarea s-a concentrat pe eșecurile de replicare a ADN-ului la anumite site-uri din lanțurile genetice, esențiale pentru divizarea și multiplicarea celulelor în cadrul proceselor de vindecare și creștere. Celulele canceroase depind de mecanismele de protecție care s-au dezvoltat pentru a depăși aceste eșecuri atunci când sunt activate de medicamentele anticancer.
Publicat online în Nature Cell Biology pe 5 noiembrie, studiul arată modul în care eșecurile de replicare a ADN-ului în site-uri critice de pe cromozomi, structurile proteice care adăpostesc și permit accesul la ADN, determină vulnerabilitatea celulelor canceroase la inhibitori PARP.
Echipa de cercetare a identificat problemele de replicare în regiunile critice ale cromozomilor și a descoperit răspunsul protector care menține sub control aceste eșecuri de replicare. Blocarea acestui răspuns protector a permis acumularea daunelor localizate cauzate de tratamentele anticancer, compromițând astfel supraviețuirea celulelor canceroase.
Descoperirea evidențiază modul în care localizarea daunelor ADN poate influența răspunsul la tratament și oferă o bază pentru dezvoltarea de biomarkeri noi pentru sensibilitatea la medicamentele anticancer.
„Adesea, ne gândim la daunele ADN-ului în termeni de cantitate: mai multe daune înseamnă o șansă mai mare de a distruge o celulă canceroasă. Munca noastră dezvăluie un punct vulnerabil genomic – un mic subset de site-uri unde problemele de replicare pot avea consecințe disproporționat de severe. Identificarea acestor site-uri ajută la explicarea a ceea ce depind celulele canceroase pentru a supraviețui și de ce un anumit tratament poate fi atât de eficient”, a declarat Eli Rothenberg, PhD.
Înțelegerea problemelor de replicare care creează o dependență de o anumită cale de protecție necesită detectarea evenimentelor moleculare subiacente. Cercetătorii au identificat aceste site-uri vulnerabile prin imagistica moleculară ultrasensibilă, posibilă datorită metodelor avansate de microscopie dezvoltate în laboratorul lui Rothenberg.
Aceste metode sunt deosebit de eficiente deoarece dezvăluie evenimente moleculare distincte în interiorul celulelor, inclusiv subtipuri de site-uri de daune asociate replicării, care nu pot fi ușor distinse prin alte metode. Aceasta a permis echipei să identifice exact unde apar problemele și modul în care celulele răspund.
Studiul actual s-a concentrat pe ESCO2, o proteină care ajută la stabilirea conexiunilor ce mențin cromozomii nou copiați împreună. Ecranele CRISPR în modelele de cancer mamar și cancer pulmonar cu celule mici au identificat ESCO2 ca un determinant puternic al sensibilității la inhibitori PARP. Experimentele ulterioare au arătat că, chiar și o reducere parțială a ESCO2 a crescut sensibilitatea la inhibitori PARP în celulele de cancer colorectal, ovarian și pulmonar.
Inhibitorii PARP sunt utilizați pentru tratarea unor tipuri de cancer, inclusiv anumite forme de cancer mamar și ovarian cu mutații în BRCA1 sau BRCA2. Aceste mutații pot compromite recombinarea omologă, un proces important de reparare a ADN-ului. Cu toate acestea, celulele cu deficit de ESCO2 au devenit sensibile la inhibitori PARP, păstrând în același timp răspunsul testat de recombinare omologă, ceea ce a determinat cercetătorii să investigheze ce a creat dependența lor de activitatea PARP.
Imaginile din noul studiu au arătat că reducerea ESCO2 a crescut structuri de ADN neobișnuite și îndoite, numite G-quadruplexe sau G4, care pot obstrucționa copierea ADN-ului. Această sarcină crescută s-a concentrat asupra unui mic subset de site-uri de replicare. Site-urile deosebit de vulnerabile se aflau în extensii repetitive de ADN de la marginea centromerilor, numite regiuni pericentromerice, care ajută la asigurarea distribuției corecte a cromozomilor în timpul diviziunii celulare.
„Imaginile ne-au permis să mergem dincolo de măsurarea daunelor la nivelul întregii celule”, a spus Dipika Gupta, PhD. „Am putut detecta probleme subtile de replicare, să distingem site-urile implicate și să identificăm răspunsul protector pe care celulele se bazau. Aceasta a dezvăluit cum un set limitat de site-uri vulnerabile ar putea determina sensibilitatea la medicamente.”
Răspunsul protector depindea de activitatea PARP1 și implica două alte proteine: TIMELESS, care ajută la protejarea replicării ADN-ului, și DDX11, o enzimă capabilă să desfășoare structurile G4. Inhibarea PARP a perturbat acest răspuns în celulele cu deficit de ESCO2. Structurile G4 s-au acumulat suplimentar, sinteza ADN-ului a scăzut, iar daunele au crescut în apropierea centromerelor. Daunele rezultante asupra cromozomilor au ajutat la explicarea de ce aceste celule erau deosebit de sensibile la medicamente.
Descoperirile stabilesc un mecanism care leagă problemele localizate de replicare de sensibilitatea la medicamentele anticancer. Ele ridică, de asemenea, perspectiva mai largă că tratamentele care produc mai multe daune ADN ar putea fi letale pentru celulele canceroase, în parte pentru că cresc șansele de a afecta site-uri genomice deosebit de vulnerabile. Rămâne de testat dacă acest principiu se extinde la alte contexte genetice și tratamente pentru cancer.
Cercetătorii de la Perlmutter Cancer Center lucrează îndeaproape cu clinicienii pentru a aplica aceste abordări la celulele canceroase derivate de la pacienți și pentru a le dezvolta în scopuri clinice. Obiectivul este de a înțelege mai bine modul în care funcționează medicamentele anticancer și de ce pacienții răspund sau nu răspund la tratament. Prin identificarea unor tipare specifice de stres de replicare și daune ADN, echipa își propune să dezvolte biomarkeri care ar putea ajuta la prezicerea răspunsului la tratament și la ghidarea unor terapii țintite mai eficiente.
