Dogme-udfordrende telomerfund kan give ny indsigt i kræftbehandlinger

En ny undersøgelse ledet af forskere fra University of Pittsburgh og UPMC Hillman Cancer Center viser, at et enzym kaldet PARP1 er involveret i reparation af telomerer, længderne af DNA, der beskytter spidserne af kromosomerne, og at forringelse af denne proces kan føre til telomerforkortelse og genomisk ustabilitet, der kan forårsage kræft.

PARP1s opgave er genomovervågning:Når den registrerer brud eller læsioner i DNA, tilføjer den et molekyle kaldet ADP-ribose til specifikke proteiner, som fungerer som et fyrtårn til at rekruttere andre proteiner, der reparerer bruddet. De nye resultater, offentliggjort i Nature Structural &Molecular Biology , er det første bevis på, at PARP1 også virker på telomert DNA, hvilket åbner nye veje til at forstå og forbedre PARP1-hæmmende cancerterapier.

"Ingen troede, at ADP-ribosylering ved DNA var mulig, men de seneste resultater udfordrer dette dogme," sagde Roderick O'Sullivan, Ph.D., lektor i molekylær farmakologi Pitt og efterforsker ved UPMC Hillman. "PARP1 er et af de vigtigste biomedicinske mål for kræftforskning, men man troede, at lægemidler rettet mod dette enzym kun virkede på proteiner. Nu hvor vi ved, at PARP1 også modificerer DNA, ændrer det spillet, fordi vi potentielt kan målrette mod dette aspekt af PARP1. biologi for at forbedre kræftbehandlinger."

I normale celler forekommer genomiske læsioner naturligt under DNA-replikation, når en celle deler sig, og PARP1 spiller en vigtig rolle i at fikse disse fejl. Men mens raske celler har andre DNA-reparationsveje at falde tilbage på, er BRCA-mangelfulde kræftformer - som omfatter mange bryst- og ovarietumorer - stærkt afhængige af PARP1, fordi de mangler BRCA-proteiner, som kontrollerer den mest effektive form for DNA-reparation kaldet homolog replikation.

"Når kræftceller ikke kan lave BRCA-proteiner, bliver de afhængige af reparationsveje, som PARP1 er involveret i," sagde O'Sullivan. "Så når du hæmmer PARP1 - som er mekanismen for adskillige godkendte kræftlægemidler - har kræftceller ingen tilgængelig reparationsvej, og de dør."

Selvom forskere opdagede PARP1's rolle i ADP-ribosylering af proteiner for omkring 60 år siden, O'Sullivan og hans samarbejdspartner, Ivan Ahel, Ph.D., professor ved Sir William Dunn School of Pathology ved University of Oxford og ekspert i PARP1, havde en anelse om, at der var mere at lære om dette enzym og dets rolle i celler.

O'Sullivan og hans team, ledet af Anne Wondisford, Ph.D., kandidatstuderende i Pitt's Medical-Scientist Training Program, sammenlignede først normale humane celler med dem, der mangler PARP1. Ved at bruge specielle antistoffer, der binder til ADP-ribose og telomer-specifikke prober, fandt de ud af, at ADP-ribose binder sig til telomert DNA i normale celler, men ikke i PARP1-deficiente celler, hvilket viser, at dette enzym er ansvarlig for ADP-ribosylering af DNA.

Dernæst sammenlignede de normale celler med dem, der mangler et andet enzym kaldet TARG1, som fjerner ADP-ribose. I fravær af TARG1 akkumulerede ADP-ribose ved telomerer, hvilket førte til afbrydelse af telomerreplikation og for tidlig telomerforkortelse.

For at vise, at disse telomer-defekter skyldtes modifikation af telomer-DNA, tog O'Sullivan og hans team bakterielle enzymer, der fungerer på samme måde som PARP1, og satte dem ind i menneskelige celler.

"Vi brugte et vejledningssystem til at lede enzymerne til kun at tilføje ADP-ribose ved telomererne og ingen andre steder i genomet," sagde O'Sullivan. "Vi fandt ud af, at hvis vi fylder telomerer med ADP-ribose, bliver deres integritet dramatisk forringet, og det kan dræbe cellen inden for få dage."

O'Sullivan antager, at ADP-ribose påvirker telomerintegriteten ved at forstyrre en beskyttende struktur kaldet shelterin, der beskytter telomerer, men mere forskning er nødvendig for at bekræfte dette.

"Targeting PARP1 har været en stor succeshistorie for cancerterapi, men nogle patienter udvikler resistens over for PARP1-hæmmere," sagde O'Sullivan. "Jeg er begejstret for denne undersøgelse, fordi vi har opdaget noget nyt om PARP1-biologi, som genererer en hel masse nye spørgsmål, der kan hjælpe os med at udvikle nye tilgange til at målrette PARP1 eller finjustere terapier, vi allerede har. Vi har ret. i begyndelsen af ​​noget spændende, og der er meget mere at udforske."

Andre forfattere på undersøgelsen var Sandra Schamus-Haynes, Ragini Bhargava Ph.D. og Patricia Opresko, Ph.D., alle fra Pitt og UPMC; Junyeop Lee og Jaewon Min, Ph.D., begge fra Columbia University; Robert Lu, Ph.D., og Hilda Pickett, Ph.D., begge fra University of Sydney; og Marion Schuller, D.Phil., og Josephine Groslambert, begge fra University of Oxford.

Flere oplysninger: Dereguleret DNA ADP-ribosylering svækker telomer-replikation, Nature Structural &Molecular Biology (2024). DOI:10.1038/s41594-024-01279-6

Journaloplysninger: Naturens strukturelle og molekylære biologi

Leveret af University of Pittsburgh