Blocarea unei proteine care răspunde de repararea ADN-ului deteriorat în celulele canceroase ar putea duce la tratarea mai eficientă a unor cancere asociate cu mutaţiile BRCA1/2.
Fiecare celulă are două mecanisme de reparare a ruperii secvenţelor mono-catenare sau dublu-catenare de ADN, care pot fi induse de factori precum toxinele din mediu, chimioterapie sau radiaţiile ionizante.
Primul constă din genele BRCA1 şi BRCA2, de reparare a ADN-ului, în timp ce al doilea este o enzimă numită poli-(ADP-riboza) polimeraza 1 sau, pe scurt, PARP1.
Aceste mecanisme sunt folosite atât de celulele sănătoase, cât şi de cele canceroase (maligne). Cele două mecanisme fac acelaşi lucru şi se pot înlocui unul pe celălalt.
Dacă repararea ADN-ului eşuează, din cauză că daunele sunt prea extinse, celula îşi iniţiază programul de moarte celulară programată (apoptoză) şi se autodistruge. Acest proces a devenit o ţintă pentru tratarea cancerului.
Persoanele care poartă mutaţii ale genelor BRCA1 sau BRCA2 prezintă un risc foarte mare de a dezvolta anumite tipuri de tumori, în special cancer de sân, ovarian şi de prostată.
Acestor indivizi le lipseşte unul dintre mecanismele de reparare a ADN-ului, ceea ce explică de ce sunt mai predispuşi la dezvoltarea celulelor canceroase. În cazul lor, şi celulele tumorale au tot un singur mecanism PARP1 la dispoziţie, pentru a le asigura supravieţuirea.
Cu toate acestea, tumorile asociate cu genele BRCA1/2 sunt de obicei foarte agresive şi dificil de tratat. Într-un nou studiu, cercetătorii de la Centrul Max Delbrück, din Germania, au analizat îndeaproape calea de semnalizare care activează enzima PARP1 şi au descoperit o modalitate de a viza şi de a inactiva acest mecanism.
Pentru a preveni apoptoza după deteriorarea ADN-ului, o cale de semnalizare cheie numită NF-κB iniţiază transcrierea genelor în nucleul celulei care activează în cele din urmă PARP1, astfel încât celula să poată repara ruperile de ADN. Oprind genele, una câte una, cercetătorii de la Leibniz-Forschungsinstitut für Molekulare Pharmakologie (FMP), din Berlin, Germania, au verificat întregul genom uman pentru a identifica genele care reglează această cale de semnalizare.
Pentru a face acest lucru, oamenii de ştiinţă au introdus mai întâi o „genă de măsurare” în genom, care oferă modelul pentru etichetarea fluorescentă a proteinei.
„La câteva ore după ce tratamentul cu agentul chimioterapeutic etoposid a indus deteriorarea ADN-ului, celulele se aprind în verde, deoarece NF-kB este activat”, explică Tufan Ahmet, unul dintre co-autorii principali ai studiului.
O foarte mare parte dintre mostrele pentru cele 20.000 de gene s-au aprins, dar unele nu au făcut-o. Acest lucru se datorează faptului că în aceste probe o genă care joacă un rol important în calea de semnalizare a fost aparent dezactivată.
Obstrucţionarea PARP1 în repararea ADN-ului
Cercetătorii au studiat să afle care dintre miile de gene candidate modulează calea de semnalizare NF-kB, care controlează o gamă largă de funcţii celulare, cum ar fi răspunsul imun.
„Am folosit bioinformatica pentru a elimina genele care au efectuat sarcini de rutină „de menaj” în celulă, apoi am supus restul de 500 de gene la aceeaşi procedură încă o dată”. Echipa a folosit din nou chimioterapia cu etoposidă pentru a induce deteriorarea ADN-ului.
„Pentru fiecare genă, am efectuat teste paralele folosind citokina TNF-alfa, care activează, de asemenea, această cale de semnalizare, dar intră în joc doar atunci când există inflamaţie”, a declarat prof. Claus Scheidereit, care a condus echipa de cercetare.
Prin eliminare, cercetătorii au rămas doar cu un mic grup de gene. Oamenii de ştiinţă ştiau deja că unele dintre ei fac parte din calea de semnalizare, dar nu ştiau care este gena care are un rol cheie.
Cercetătorii au folosit algoritmi pentru a căuta indicii în diferite baze de date, pentru a afla unde au fost menţionate produsele acestor gene, şi dacă au existat studii care să arate dacă proteinele în cauză se unesc cu altele pentru a forma complexe proteice.
Echipa a analizat şi bazele de date proprii ale laboratorului. Într-un târziu, au găsit ceea ce căutau: gena pentru predispoziţie tumorală 101 (TSG101). Această genă nu a fost o descoperire nouă în sine, întrucât joacă multe roluri cunoscute în celulă. Dar în acest proces special, se leagă de PARP1 de îndată ce enzima s-a andocat la locul ADN-ului deteriorat. Atunci şi numai atunci mecanismul PARP1 devine activ.
„PARP1 este ca un pistol încărcat”, a explicat prof. Scheidereit. „Fie că pur şi simplu zgâriem celulele, le aplicăm forţă de forfecare sau le distrugem complet, PARP1 este activat. Dar dacă nu există TSG101 în celulă, activarea nu funcţionează. Pierde declanşatorul, ca să spunem aşa”, a precizat profesorul.
Cercetătorii au putut urmări ce se întâmplă, în direct, la microscop, folosind PARP1 cu fluorescenţă. La câteva secunde după ce au făcut găuri minuscule în nucleul celulei cu un laser, celulele s-au luminat în verde în timp ce enzima PARP1 a invadat nucleul celulei din toate părţile şi s-a legat de locurile ADN-ului deteriorat. După câteva minute, strălucirea s-a estompat.
O observaţie surprinzătoare
„PARP1 se modifică singură, atrage alte proteine ajutătoare care efectuează reparaţiile necesare şi apoi se dezlipeşte de ADN”, a explicat Scheidereit. Când gena TSG101 a fost dezactivată, PARP1 a invadat nucleul celulei la fel de repede, în locurile în care ADN-ul era deteriorat - dar, întrucât strălucirea verde a rămas, gena fiind inactivată, PARP1 nu a putut să se elibereze din ADN-ul deteriorat.
„Din toate observaţiile pe care le-am făcut în timpul experimentelor de imagistică cu celule vii, aceasta a fost cea mai uimitoare”, a spus Tufan. „În celulele fără TSG101, PARP1 a rămas, de fapt, prinsă în locurile unde ADN-ul a fost deteriorat”.
„În această cercetare, arătăm că administrarea inhibitorilor PARP şi oprirea genei TSG101 au acelaşi efect”, a menţionat prof. Scheidereit.
Folosind diferite linii celulare de cancer de sân, cercetătorii au putut, de asemenea, să arate în laborator că celulele fără gena TSG101 au murit rapid după chimioterapie. Cu toate acestea, celulele care au pierit cel mai repede au fost cele cu mutaţii BRCA1, deoarece nu prezentau mecanismul pentru repararea ADN-ului.
Inhibitorii PARP sunt deja utilizaţi de câţiva ani în tratamentul anumitor tipuri de cancer, cum dunt terapiile pentru pacienţii cu cancer de sân cu o mutaţie BRCA.
„Din păcate, nu avem încă dezvoltat un singur inhibitor care vizează în mod specific PARP1, deoarece există un întreg grup de gene PARP. Cu toate acestea, pe baza rezultatelor noastre, putem începe acum căutarea unor agenţi terapeutici care blochează legarea TSG101 la PARP1”, a mai precizat prof. Scheidereit.
Studiul, publicat săptămâna trecută în The EMBO Journal, ar putea deschide calea pentru dezvoltarea viitoare a unor terapii extrem de eficiente şi mai precis direcţionate pentru cancerele asociate cu mutaţiile BRCA1/2, au mai precizat autorii cercetării.
