„Zawsze można cię ocenić po twoich bliznach” – to zdanie dobrze podsumowuje jedno z najnowszych osiągnięć naukowców z hiszpańskiego Narodowego Centrum Badań nad Rakiem (CNIO), opublikowane dziś w czasopiśmie Science. Chodzi o „human REPAIRome” – czyli kompletny katalog wzorców blizn pozostawionych w DNA po jego naprawie.
Zespół badawczy CNIO zidentyfikował około 20 000 rodzajów blizn, jakie powstają w ludzkim DNA po naprawie pęknięcia podwójnej nici. Następnie usystematyzował je i udostępnił na portalu internetowym – „human REPAIRome” – otwartym dla globalnej społeczności naukowej.
To narzędzie ma ogromne znaczenie nie tylko w wymiarze podstawowej wiedzy biologicznej, ale również klinicznej. Analiza „blizn” w DNA komórek nowotworowych pacjenta może pomóc w doborze najskuteczniejszej terapii onkologicznej.
Felipe Cortés, kierownik grupy badającej topologię DNA i przerwy w cząsteczce DNA w CNIO, podkreśla:
„To ambitna praca, która – mamy nadzieję – stanie się naprawdę użytecznym zasobem zarówno w badaniach nad rakiem, jak i w praktyce klinicznej”.
Blizny jako odcisk mutacyjny
DNA w każdej komórce ulega uszkodzeniom – zarówno w wyniku naturalnych procesów metabolicznych, jak i pod wpływem czynników środowiskowych, takich jak promieniowanie UV czy promieniowanie rentgenowskie. Komórki muszą naprawiać te przerwy, aby przetrwać. Każda naprawa pozostawia jednak ślad – zestaw mutacji, zwany odciskiem mutacyjnym.
Podobnie jak na skórze inny ślad pozostawi rana cięta, a inny oparzenie, tak samo w DNA charakter „blizny” odzwierciedla typ uszkodzenia oraz mechanizm, którym posłużyła się komórka do jego naprawy.
W onkologii wiedza o tych odciskach mutacyjnych jest szczególnie istotna. Wiele terapii przeciwnowotworowych – chemioterapia czy radioterapia – działa właśnie poprzez wywoływanie pęknięć w DNA. Niestety, komórki nowotworowe często uczą się te przerwy skutecznie naprawiać, co prowadzi do oporności na leczenie. Analiza wzorców blizn pozwala lepiej zrozumieć, w jaki sposób komórki przełamują działanie leków i jak tę oporność pokonać.
20 000 wzorców blizn DNA
Osiągnięcie badaczy polegało na tym, że wygenerowali 20 000 różnych populacji komórek, w każdej wyłączając inny gen. Następnie, przy pomocy technologii CRISPR, wywoływali pęknięcia podwójnej nici DNA i obserwowali, jaki ślad pozostawia proces naprawy.
Dzięki temu powstał katalog obejmujący wszystkie możliwe wzorce blizn DNA – przyporządkowane brakowi lub obecności określonego genu. W praktyce oznacza to, że analizując blizny w DNA guza nowotworowego można wnioskować, które geny nie funkcjonują prawidłowo – a to pozwala projektować bardziej celowane terapie.
Ogromną zaletą projektu było przeprowadzenie tej analizy jednocześnie we wszystkich populacjach komórek, zamiast badań pojedynczych, co umożliwiła specjalnie opracowana technologia oraz zaawansowana analiza bioinformatyczna.
Zastosowania kliniczne i biotechnologiczne
„Repairom” koncentruje się na jednym z najpoważniejszych uszkodzeń DNA – złamaniach podwójnej helisy (DSB), które mogą powstawać zarówno podczas replikacji, jak i w wyniku działania czynników zewnętrznych, w tym terapii przeciwnowotworowych.
Nowy katalog może nie tylko wskazywać nowe cele terapeutyczne w leczeniu raka, ale również wspierać rozwój precyzyjnych metod edycji genów. Systemy CRISPR-Cas działają bowiem poprzez wprowadzanie kontrolowanych pęknięć w DNA. Zrozumienie mechanizmów ich naprawy pozwala lepiej przewidywać efekty terapii genowych.
Co więcej, badacze już teraz zidentyfikowali wzorzec mutacji związany z rakiem nerki oraz z hipoksją w innych nowotworach – odkrycie to może w przyszłości zaowocować opracowaniem nowych metod terapeutycznych.
Podsumowanie
„Human REPAIRome” jest zasobem, który w długiej perspektywie może stać się fundamentem personalizacji leczenia onkologicznego, poprawy skuteczności terapii genowych i głębszego zrozumienia biologii nowotworów.
Źródło: Science, A comprehensive genetic catalog of human double-strand break repair
DOI: http://dx.doi.org/10.1126/science.adr5048
