Открытие нового пути предлагает потенциальное решение для предотвращения химиорезистентности рака

Исследователи обнаружили новый путь, который объясняет, как раковые клетки становятся устойчивыми к химиотерапии, что, в свою очередь, предлагает потенциальное решение для предотвращения химиорезистентности.

Экспериментальные волокна ДНК с флуоресценцией (на фото) были использованы для определения скорости вилок репликации ДНК.

Исследование впервые описывает, как тип фермента, ранее известный своей ролью в восстановлении ДНК, предотвращает повреждение ДНК в раковых клетках, делая их устойчивыми к химиотерапевтическим препаратам.

«Это дает нам инструменты для манипулирования и последующего разрушения химиорезистентности раковых клеток», — сказал Маркус Смолка, исполняющий обязанности директора Института клеточной и молекулярной биологии Вейля и профессор молекулярной биологии и генетики в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни.

Диего Дибитетто, бывший научный сотрудник лаборатории Смолки, который в настоящее время работает в Бернском университете в Швейцарии, является первым автором статьи.

Многие противораковые препараты работают, создавая блоки в ДНК раковых клеток по мере их репликации. Во время репликации нити ДНК, сплетенные в двойную спираль, разделяются на две отдельные нити, поэтому каждая нить может быть скопирована, что в конечном итоге приводит к образованию двух новых двойных спиралей. Место, где происходит это разделение и копирование, называется вилкой репликации, которая расстегивает двойную спираль.

Если бы эти репликационные вилки были автомобилями на дороге, химиотерапевтические препараты можно представить как препятствия, которые мешают потоку автомобилей, тем самым останавливая репликацию и разрушая ДНК. Но у раковых клеток есть способ замедлить эти разветвления, что позволяет им избегать таких столкновений и защищать свою ДНК, что приводит к толерантности к лекарствам.

В этом исследовании впервые сообщается, как киназа (фермент), называемая DNA-PKcs, действует как датчик, когда вилка подвергается стрессу из-за блоков, и способствует замедлению вилки и устойчивости к химиотерапии.

DNA-PKcs известна своей ролью в репарации ДНК, связанной с выработкой антител иммунной системой и устойчивостью к радиации. Но это первый раз, когда киназа была связана с замедлением вилки репликации, процесс, называемый реверсией вилки.

Это совершенно новый взгляд на действие этой киназы. В данном случае это не восстановление ДНК; это замедление вилок, чтобы предотвратить сбои в первую очередь».

Маркус Смолка, исполняющий обязанности директора Института клеточной и молекулярной биологии Вейля и профессор молекулярной биологии и генетики в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни

Результаты открывают двери для новых методов лечения рака, поскольку ингибиторы ДНК-PKcs уже существуют и используются для клинических испытаний в тандеме с лучевой терапией. В этих методах лечения радиация повреждает ДНК раковых клеток, и предполагалось, что ингибирование ДНК-PKc ограничит восстановление клеток. Но ингибиторы DNA-PKcs не работают в этом контексте, поскольку у раковых клеток есть другие способы самовосстановления.

Это исследование дает раннее доказательство того, что ингибитор ДНК-PKcs может быть эффективным в сочетании с химиотерапией, когда химиотерапевтические препараты будут блокировать репликацию ДНК, а ингибитор предотвратит замедление вилок репликации, что приводит к устойчивости к химиотерапии.

В ходе исследования исследователи использовали анализ для обнаружения киназы DNA-PKcs в ответвлениях репликации. Затем они использовали анализ волокон ДНК с флуоресцентными красками, так что чем быстрее двигались вилки репликации, тем длиннее становились волокна. В присутствии химиотерапевтических препаратов волокна были короткими, что указывало на замедление вилок репликации. Но когда были добавлены ингибиторы, волокна оставались длиннее, что указывало на то, что вилки двигались с большей скоростью.

Соавтор Массимо Лопес, эксперт по репликационному стрессу из Цюрихского университета, сделал снимки, которые подтвердили, что вилки репликации больше не реверсируют и не замедляются в присутствии ингибиторов киназы. Команда также доказала, что раковые клетки заболевают или деградируют при совместном применении химиотерапии и ингибиторов.

Наконец, рак молочной железы с дефицитом BRCA2 может стать устойчивым к химиотерапевтическим препаратам, используемым для их лечения, и было известно, что в резистентности участвует реверсирование вилки. В этом исследовании, когда исследователи применили ингибиторы DNA-PKcs к клеткам рака молочной железы с дефицитом BRCA2, которые были устойчивы к лечению, клетки восстановили чувствительность к лечению.

«Это еще один способ подтвердить, что способность предотвращать замедление и разветвление с помощью ингибиторов ДНК-PKcs кажется действительно хорошим способом манипулирования химиорезистентностью», — сказал Смолка.

В будущей работе исследовательская группа изучит, как клетки ощущают стресс вилки репликации и с какими белками взаимодействуют ДНК-PKc, чтобы замедлить эти вилки.

Свен Роттенберг, исследователь устойчивости к терапии рака из Бернского университета, является соавтором.

Исследование финансировалось Исследовательским фондом Флеминга, Национальными институтами здравоохранения, Швейцарским национальным научным фондом, Европейским Союзом и Фондом Вильгельма Сандера.