- От идеи к пробирке и жизнеспособным клеткам
- Связь с повышенной репликацией ДНК, раковые гены
- Таргетирование и захват квадруплексной ДНК
Спустя 60 лет после того, как кембриджские исследователи Ватсон и Крик опубликовали свое открытие «двойной спирали» ДНК, молекулы жизни, другая группа исследователей в том же университете опубликовала доказательство того, что в человеческом геноме также существует «четверная спираль» ДНК, состоящая из четырех нуклеотидных цепей. Они надеются, что это открытие приведет к новому поколению таргетных методов лечения рака, которые используют синтетические молекулы, чтобы захватить комплексные структуры ДНК и тем самым остановить размножение раковых клеток.
Шанкар Баласубраманиан, профессор химического отделения Кембриджского университета и Кембриджского Исследовательского института, говорит в своем отчете: «Мы ищем связи между захватом квадруплексов молекулами и способностью локировать деление клеток, что чрезвычайно захватывающе».
«Четверная спираль ДНК может быть ключом к новым способам селективного ингибирования размножения раковых клеток. Подтверждение ее существования в человеческих клетках – это настоящая веха в науке», - отмечает он.
Баласубраманиан с коллегами пишет о своих открытиях в онлайн-номере “Nature Chemistry”.
От идеи к пробирке и жизнеспособным клеткам
10 лет исследований понадобилось, чтобы доказать, что спиралевидные структуры из четырех нуклеотидных цепочек ДНК, известные как G-квадруплексы, также появляются в человеческих клетках.
Их называют G-квадруплексами (структура), т.к. они образуются в зонах ДНК, богатых гуанином, одним из четырех базовых или строительных блоков, которые закладывают генную информацию (другие три – это аденин, цитозин и тимин).
Команда начала с компьютерного моделирования квадруплексов, затем создала синтетические версии в пробирках, а потом доказала, используя флуоресцентные биомаркеры, что эти структуры существуют в реальности в человеческих раковых клетках. Хотя G-квадруплексы уже обнаруживались ранее в реснитчатых одноклеточных организмах, в человеческих клетках их смогли увидеть впервые.
Связь с повышенной репликацией ДНК, раковые гены
В своей статье Баласубраманиан со своими коллегами также показывает, что квадруплексы в большей степени сконцентрированы в генах быстро делящихся клеток, например, в раковых клетках. Он утверждает, что на основе квадруплексов можно создать новые индивидуализированные противоопухолевые лекарства. Чтобы обнаружить квадруплексы, ведущий автор Гиула Виффи, исследователь в лаборатории Баласубраманиана, создал белок-антитело, который связывается с ними.
Группа смогла увидеть в геноме участки с повышенной концентрацией ДНК с четверной спиралью благодаря тому, что антитела были помечены флуоресцентными маркерами.
Тогда как ДНК с четверной спиралью распределена довольно равномерно по геному человеческих клеток и циклам их деления, возникает впечатление, что они становятся более концентрированными в период «S-фазы» цикла деления клеток. Это момент непосредственно перед делением клетки, когда ДНК реплицируется.
Это открытие – важный шаг в исследовании рака, т.к. ключевой характеристикой онкогенов, т.е. группы генов, которая стимулирует развитие рака, является то, что они мутировали таким образом, что репликация ДНК повышается, что в свою очередь ведет к бесконтрольному делению клеток и опухолевому росту. Ускоренная репликация в генах повышает концентрацию этих комплексных структур.
Таргетирование и захват квадруплексной ДНК
Исследователи обнаружили, что когда они использовали ингибитор для блокирования репликации ДНК, уровень концентрации квадруплексов падал, что говорит о том, что ДНК – это динамическая, непрерывно формирующаяся и расформирующаяся структура. Они провели эксперименты по таргетированию «двойной» ДНК.
«Мы обнаружили, что захват квадруплексной ДНК синтетическими молекулами может изолировать и стабилизировать их, что дает нам догадку к тому, как мы сможем свести деление клеток на нет», - говорит Баласубраманиан.
До этого они обнаружили также, что легче оказывать воздействие на сверхактивный ген с большим количеством квадруплексных ДНК. Возможно, это означает, что квадруплексную ДНК будет легче захватить в определенных раковых генах.
Несмотря на то, что им еще много предстоит узнать, Баласубраманиан и его команда подозревают, что квадруплексные структуры напоминают узлы или спутанные клубки в ДНК во время репликации. Один вопрос, над которым думают ученые, - это была ли какая-то причина для появления этих комплексных структур.
«Это философский вопрос, задуманы они были изначально или нет, но они существуют, и природа должна иметь с ними дело. Может быть, таргетируя их, мы лишь усиливаем разрушения, которые они причиняют», - рассуждает Баласубраманиан.
«Множество современных способов лечения рака атакуют ДНК, но непонятно, каковы правила игры. Мы даже не знаем, в каком месте генома некоторые из них вступают в реакцию. Может, тем самым мы стреляем из пушки по воробьям», - объясняет Баласубраманиан.
Тем не менее, он называет тот факт, что теперь может стать возможным таргетировать конкретные раковые клетки, которые содержат гены с этими характеристиками, и что они могут быть более восприимчивы к подобному воздействию, чем нормальные клетки, «волнующей перспективой».
Исследование было профинансировано благотворительным обществом по исследованию рака Cancer Research UK, чей старший менеджер по научной информации, Джули Шарп, сообщает: «Это исследование в дальнейшем укажет, как можно использовать эти нетипичные структуры ДНК для борьбы с раком – следующим этапом этого процесса будет поиск того, как таргетировать их в опухолевых клетках».
Используя новый онлайн метод, ученые общества Cancer Research UK недавно выявили 46 новых раковых генов из известных 479, от которых может быть создано лекарство.
