Ludwig Cancer Research tyrimas atskleidė ilgalaikę prielaidą apie dažniausiai pasitaikančios genomo DNR mutacijos šaltinį, kuris prisideda prie daugelio genetinių ligų, įskaitant vėžį.
Tyrimas, kuriam vadovauja Ludwig Oxford Leadership kolega Marketa Tomkova, postdoc Michael McClellan, nario padėjėjas Benjamin Schuster-Böckler ir asocijuotas tyrėjas Skirmantas Kriaucionis, turi įtakos ne tik pagrindinei vėžio biologijai, bet ir tokiems dalykams kaip kancerogeninės rizikos vertinimas, susijęs su aplinkos veiksniais ir mūsų supratimas apie atsparumo vaistams atsiradimą vėžio gydymo metu. Jo išvados pateikiamos dabartiniame numeryje Gamtos genetika.
Manoma, kad aptariama mutacija, kurioje citozinas (C), viena iš keturių DNR bazių, išreiškiančių mūsų genus, klaidingai pakeičiama į timiną (T), pirmiausia buvo spontaniškos cheminės reakcijos su vandeniu rezultatas. Ši reakcija, deamininimas, yra maždaug dvigubai didesnė tikimybė, kad citozinas chemiškai paženklinamas, pridedant molekulę, vadinamą metilo grupe, kad susidarytų 5-metilcitozinas, kuris atsiranda DNR vadinamosiose „CpG“ padėtyse, kur C. seka bazinis guaninas (G).
Toks žymėjimas, dažniausiai pastebimas visame genome, atlieka esminį vaidmenį kontroliuojant genų ekspresiją, todėl yra būtinas beveik kiekvienam atitinkamos ląstelių funkcijos aspektui nuo embriono vystymosi.
„Jau seniai buvo manoma, kad C į T mutacijas sukelia atsitiktinė cheminė reakcija“, – sakė Tomkova. „Mūsų tyrimas rodo, kad tai nėra visiškai teisinga. Atvirkščiai, mutacija pirmiausia atsiranda tada, kai ląstelė kopijuoja savo genomą, kad dalytųsi, ir ją daugiausia lemia pagrindinės ląstelės DNR kopijavimo mašinos sudedamosios dalies polinkis daryti redagavimo klaidas susiduria su metilintais citozinais.”
Liudviko Oksfordo komanda pirmą kartą suprato, kas vyksta prieš kelerius metus, kai ištyrė vėžio genomų sekas, kuriomis dalijasi JK ir Kanados laboratorijos. Šiuose duomenyse jie pastebėjo, kad vėžio ląstelės su tam tikromis genetinėmis aberacijomis buvo labiau linkusios turėti CpG į TpG mutacijas.
Tai buvo ląstelės, kurios, kaip žinoma, nesugeba ištaisyti nesutampančių DNR sekos, kurias sukuria mutacijos, ir tas, kurios turėjo mutacijas jų DNR replikacijos mechanizmo komponente, DNR polimerazėje ε (Pol ε), kuri tikrina naujas DNR grandines ir redaguoja. tokių klaidų. Abu šie defektai trukdo DNR atstatymui ląstelių dalijimosi metu, ir žinoma, kad abu šie defektai yra susiję su vėžiu sergančių pacientų labai mutavusiais navikais.
„Mūsų tyrimas nebūtų buvęs įmanomas be nemokamo ir atviro duomenų dalijimosi tarp tyrėjų visame pasaulyje: iš tų laboratorijų gautuose duomenyse pirmiausia pastebėjome savotišką metilcitozino vietų modelį, o hipotezei patikslinti panaudojome viešus duomenis. net pradėjome galvoti apie tai eksperimentinį bandymą“, – pažymėjo Schuster-Böckler.
Norėdami patikrinti savo hipotezę, mokslininkai sukūrė naują ir labai jautrią DNR sekos nustatymo technologiją, kuri galėtų nustatyti tikras klaidas, kurias Pol ε padarė DNR replikacijos metu iš eksperimentinių artefaktų. Jie pritaikė savo techniką, pavadintą polimerazės klaidų dažnio sekvenavimu (PER-seq), siekdami sekti daugiau nei 28 milijardus bazių daugiau nei 130 milijonų DNR molekulių, išmatuodami ir normalaus žmogaus Pol ε, ir labiausiai paplitusio su vėžiu susijusio fermento mutanto tikslumą. .
Jų tyrimai atskleidė, kad mutantas Pol ε sukėlė CpG į TpG mutacijas panašiu greičiu, kaip ir vėžinėse ląstelėse, turinčiose tą mutantą. Netgi normalus Pol ε sukėlė mutacijas metilcitozino vietose septynis kartus didesniu greičiu, nei stebimas nemetilintų citozinų atveju.
Šie radiniai, kurie tiesiogiai susieja CpG ir TpG mutacijų dažnį su ląstelių dalijimusi, paaiškina, kodėl šios mutacijos linkusios kauptis su amžiumi. Jie taip pat paaiškina, kodėl mutacijų dažnis audiniuose ir navikuose labai skiriasi: skirtingų tipų normalios ir vėžinės ląstelės dauginasi labai skirtingu greičiu.
„Tai taip pat reiškia, kad CpG kaupimasis į TpG mutacijas gali būti naudojamas kaip laikrodis ląstelių amžiui nustatyti, o tai gali būti naudinga tiriant, pavyzdžiui, kaip greitai skirtingos vėžio rūšys auga prieš įgyjant atsparumą skirtingiems gydymo būdams. Kriaucionis.
Be to, šiam tyrimui sukurti metodai taip pat turi įtakos vėžio prevencijai. Norint tiksliai įvertinti, kaip įvairūs aplinkos veiksniai, pavyzdžiui, cheminiai teršalai, gali sukelti vėžį sukeliančias DNR mutacijas, padeda žinoti, kokią dalį tų mutacijų sukelia klaidos, vykstančios normaliuose procesuose, pvz., ląstelių dalijimosi, atitinkamuose audiniuose.