Накопление мутаций в геноме человека лежит в основе возникновения рака, а также развития резистентности к лечению. Гены Cyclin E и Myc активны в контроле клеточного деления. Когда они мутируют, например, в ответ на канцероген, эти гены побуждают клетки преждевременно начинать репликацию своей ДНК во время клеточного цикла. Это аномальное деление клеток вызывает развитие опухоли. Почему это так? Биологи из Женевского университета (UNIGE), Швейцария, показывают, что преждевременное вступление генома в фазу репликации приводит к молекулярным столкновениям, происходящим в ДНК, и вызывает новые мутации. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature, могут быть использованы для разработки новых терапевтических подходов.
Когда клетка делится на две дочерние клетки, она должна реплицировать весь свой геном и транскрибировать его часть для создания новых белков. Деление клеток в значительной степени регулируется специфическими генами, включая протоонкогены Cyclin E и Myc. Их сверхэкспрессия или мутация в онкогены, например, после воздействия на клетки канцерогена, приводит к неконтролируемой пролиферации клеток и способствует образованию рака. «Мы хотели понять, почему в клетках с активированными онкогенами накапливаются многочисленные мутации», - объясняет Танос Халазонетис, профессор кафедры молекулярной биологии факультета естественных наук UNIGE.
Репликация должна начинаться между двумя генами
Для того, чтобы всего за несколько часов воспроизвести всю свою ДНК, то есть почти 6,4 миллиарда пар нуклеотидов, клетка организует подготовку к этому процессу в тысячах участков на каждой хромосоме одновременно. Положение и расстояние между этими сайтами, называемыми «источниками репликации», необходимо контролировать, чтобы репликация происходила гладко и эффективно.
Исследователи UNIGE разработали метод определения источников репликации на всех хромосомах. Он заключается в выделении и секвенировании вновь синтезированной ДНК из клеток, которые только что вступили в фазу репликации, с целью картирования в геноме участков, с которых началась репликация. Этот метод, специально разработанный для клеток человека, обеспечивает высокую степень чувствительности и разрешения.
Изначально клетка идентифицирует все потенциальные точки начала репликации с помощью молекулярного маркера. Мы обнаружили, что в нормальных клетках аберрантные точки начала репликации впоследствии устраняются. Так обстоит дело с теми, которые расположены внутри гена, тогда как они должны быть вне генов, чтобы сохранить интегральный посыл каждого гена», - объясняет Морган Мачерет, исследователь отдела молекулярной биологии UNIGE и первый автор исследования. статья.
Когда ячейки пропускают шаги
Активация онкогенов Cyclin E или Myc, с другой стороны, побуждает клетки преждевременно начинать репликацию своей ДНК, не успев устранить все точки начала репликации, присутствующие в генах. «Поэтому механизмы репликации и транскрипции активны одновременно в генах, несущих начало репликации, что вызывает конфликты. Наши анализы показывают, что эти конфликты вызывают разрывы ДНК, хромосомные перестройки и, следовательно, мутации», - говорит Танос Халазонетис.
Объясняют ли эти результаты геномную нестабильность, присутствующую при различных типах рака? Чтобы ответить на этот вопрос, биологи изучили набор из более чем 500 000 хромосомных перестроек, уже охарактеризованных в широком спектре опухолей.«Мы заметили, что эти хромосомные дефекты особенно распространены в описанных нами конфликтных зонах. Мы надеемся, что открытие механизма, который частично или полностью объясняет генезис этой геномной нестабильности, в конечном итоге приведет к разработке новых терапевтических стратегий», - заключает Морган. Мачерет.