9 Minutės
Fonas: nuo „šiukšlių“ sekų iki terapinių taikinių
Maždaug pusė žmogaus genomos sudaro kartotinės sekos, vadinamos transpoziciniais elementais (TE). Ilgą laiką tokios sekos buvo pejoratyviai vadinamos „šiukšlių DNR“ — manyta, kad jos neturi reikšmės genomo funkcijoms. Tačiau naujesni tyrimai parodė, jog transpoziciniai elementai gali būti aktyvūs arba pasyvūs, priklausomai nuo ląstelės reguliacinių mechanizmų. Jie gali judėti arba kopijuotis genomu, o jų aktyvumas — transkripcija, atgaminimas per atvirkštinę transkriptazę ar fizinis perstumdymas genetinėje medžiagoje — gali daryti reikšmingą poveikį ląstelės genominio stabilumui.
Transpoziciniai elementai apima kelias pagrindines klases: retrotranspozonus (pvz., LINE ir SINE elementus bei LTR elementus), kurie daugina savo kopijas per RNR tarpininkavimą ir atvirkštinę transkriptazę, bei DNR transpozonus, kurie dažnai juda „cut-and-paste“ mechanizmu. Nors dauguma jų ilgainiui tapo inaktyvūs arba epigenetiškai užgniaužti, tam tikromis sąlygomis — pavyzdžiui, sutrikus chromatino modifikacijoms ar epigenetiniam slopinimui — jie gali būti derepresuoti. Toks derepresavimas sukelia papildomų RNR molekulių gamybą, atgaivinimą, o kartais ir naujų įterpimų į genomą, kas gali sukelti dvigrandinio arba viengrandžio DNR lūžių, sinkretinius rekombinacinius įvykius ir citotoksinį stresą.
Nauji King’s College London mokslininkų rezultatai atkreipia dėmesį į šį mechanizmą kraujo vėžiuose: kai kasos reguliaciniai genai, tokie kaip ASXL1 ir EZH2, yra mutavę arba praradę funkciją, transpoziciniai elementai tampa abnormaliai aktyvūs. Tai reiškia, kad anksčiau laikyti „nefunkciniais“ elementais genomuose gali virsti aktyviais veiksniais, generuojančiais DNA pažeidimus ir biocheminį stresą, kurį vėžio ląstelės turi įveikti, kad išliktų gyvybingos.
Reformuojant mūsų supratimą apie genomo „foną“, šie atradimai pabrėžia svarbą atskirti pasyvią nuo aktyvios genominės medžiagos. Tai taip pat suteikia naują perspektyvą: tai, kas anksčiau įvardinta kaip „šiukšlės“, gali slėpti selektyvius biologinius silpnumus, kuriuos galima išnaudoti gydymo tikslais.
Tyrimas: kaip mutacijos atskleidžia silpnybę
Tyrimo grupė sutelkė dėmesį į dvi klinikinės praktikos prasme sudėtingas ir dažnai sunkiai gydomas kraujo ligas: mielodysplazinius sindromus (MDS) ir lėtinę limfocitinę leukemiją (LLL arba CLL angl.). Abi šios ligos dažnai pasižymi prarastos funkcijos mutacijomis genų ASXL1 ir EZH2. Šie genai turi esminę reikšmę chromatino reguliavimui: jie dalyvauja histonų modifikacijų radose ir genų slopinime, užtikrindami, kad tam tikros transkripcinės programos būtų aktyvios tik reikiamu metu.
ASXL1 dažnai dirba kartu su kitais epigenetiniais reguliatoriais ir veikia kaip chromatinės architektūros palaikymo bei genų išjungimo koordinatorius. EZH2 yra pagrindinė Polycomb repressor kompleksų dalis, katalizuojanti histonų H3 tri-metilinimą ties lizinu 27 (H3K27me3), ženklą, susijusį su ilguoju genų slopinimu. Kai šių genų veikla sutrinka, susilpnėja epigenetinis slopinimas, ir tam tikros genominės sritys — tarp jų ir transpoziciniai elementai — gali „atgyti“.
Tyrėjai taikė integruotą požiūrį: jie analizavo audinių mėginius ir ląstelių linijas su ASXL1 ar EZH2 mutacijomis ir palygino TE ekspresiją bei genomikos žymenis su sveikų ląstelių profiliu. Naudoti metodai apėmė transkripto (RNA-seq) analizę, chromatino prieinamumo tyrimus (pvz., ATAC-seq), ir ChIP-seq, skirtą identifikuoti histonų modifikacijas bei susijusius reguliacinius balus. Pastebėta, kad šiose mutacijose padidėja TE transkripcija ir kartais pastebimos naujos įterpimo į genomą žymės, kurios yra susijusios su padidėjusiu DNR streso rodikliu — DNR lūžiais, RNR-DNR hibridų (R-loop) susidarymu ir ląstelės prisitaikymo mechanizmų aktyvacija.
Faktiškai tai reiškia, kad mutacijos ASXL1 ir EZH2 sudaro sąlygas transpoziciniams elementams tapti ląstelės silpnybe: jų aktyvumas kuria pažeidimus, kuriuos ląstelė kompensuoja per tam tikras DNR remonto baltimoles. Tai atradimas — potencialiai pritaikomas terapinėms strategijoms — kadangi pažeidimų pataisymas gali priklausyti nuo specifinių reparacinių kelių, kuriuos galima selektyviai blokuoti.
Eksperimentinis patvirtinimas
Norėdami patikrinti hipotezę, kad TE aktyvumas sukuria terapinę silpnybę, mokslininkai derino farmakologinius įrankius su genetiniais tyrimais. Jie naudojo inhibitorius, blokuojančius poly (ADP-ribose) polimerazes (PARP) — baltymus, esminius viengrandžių DNR pažeidimų (single-strand breaks) pataisymo procese. PARP vaidmuo yra greitas pažeidimų atpažinimas ir skubių remontinių kompleksų surinkimas; jų inhibicija didina viengrandžių pažeidimų skaičių, kas gali pereiti į dvigrandį lūžį ir citotoksinį poveikį, ypač ląstelėms, kurios turi ribotą kitų remonto kelių rezervą.
Eksperimentuose parodoma, kad PARP inhibitorių poveikis yra selektyvus: ląstelės, turinčios aukštą TE aktyvumą dėl ASXL1 arba EZH2 mutacijų, buvo žymiai jautresnės PARP inhibitorių poveikiui nei kontrolinės ląstelės. Tai rodo sintetinį letalumą — situaciją, kai tam tikra mutacija vienoje srityje padaro ląstelę priklausomą nuo kito remonto kelio, kurį galima blokuoti farmakologiškai, taip priversdami vėžio ląstelę žūti.
Labai svarbu: mokslininkai taip pat parodė, kad pridėjus atvirkštinės transkriptazės inhibitorius (RT inhibitorių), kurie blokuoja transpozicinių elementų kopijavimą per RNR — pvz., vaistus, panašius į AZT arba kitus nukleozidų analogus — jautrumas PARP inhibitoriams sumažėjo. Tai rodo mechanistinį ryšį: PARP inhibitorių veiksmingumas čia kyla dėl TE sukeltų DNR pažeidimų, o ne dėl įprastai žinomos BRCA homologinės rekombinacijos deficito mechanikos. Kitaip tariant, PARP inhibicija žudo ląsteles, kurios kenčia nuo TE sukeltų pažeidimų ir priklauso nuo PARP-mediuoto remonto.
Be to, autoriai naudojo genų slopinimo (pvz., CRISPR/Cas9) ir genus atkuriantį metodus, kad parodytų, jog būtent ASXL1 arba EZH2 funkcijos praradimas atveria šį jautrumą. Atstatant šių genų funkcijas arba slopinant TE ekspresiją, PARP inhibitorių veiksmingumas sumažėja, kas suteikia papildomą įrodymą dėl priežastinio ryšio tarp chromatinio derepresavimo, TE aktyvumo ir terapinio jautrumo.
PARP inhibitorių pritaikymas iš naujo: alternatyvus veikimo mechanizmas
PARP inhibitoriai yra klinikoje naudojami gydant navikus su homologinės rekombinacijos defektais (pvz., BRCA-mutantiniais krūties ir kiaušidžių vėžiais), kur jų veikimas grindžiamas sintetine letalumo sąvoka. Šis King’s College tyrimas atskleidžia alternatyvų PARP inhibitorių veikimo mechanizmą: ASXL1 arba EZH2 mutavusiose ląstelėse aktyvūs transpoziciniai elementai sukelia DNR pažeidimus, priklausančius nuo PARP-mediuoto remonto. Blokuojant PARP, tokie pažeidimai kaupiasi iki neišvengiamo ląstelės žuvimo.
Toks požiūris išplečia PARP inhibitorių potencialą už BRCA ir homologinės rekombinacijos sferos. Konkrečiai, jei TE sukeliamas pažeidimas yra pakankamai reikšmingas ir priklausomas nuo PARP, tuomet PARP inhibitoriai gali būti veiksmingi prieš pacientų pogrupį, turintį epigenetinių reguliatorių mutacijų, net jei tie navikai neturi tradicinių BRCA ar HRD žymenų. Tai atveria galimybę pernaudoti jau patvirtintus medikamentus (pvz., olaparib, niraparib ir kt.) naujiems indikacijų tipams, sumažinant laiką ir kaštus, reikalingus klinikinei translacijai.
Tokiu būdu tyrimo rezultatai siūlo ne tik naują biologinę interpretaciją, bet ir strateginį požiūrį į vaistų repurposing — panaudojimą jau patvirtintų medikamentų kitose ligos kontekstuose, remiantis molekuliniu ženklais ir funkciniu jautrumu.
Klininės pasekmės ir ateities perspektyvos
Kadangi PARP inhibitoriai jau yra klinikoje prieinami ir turi nustatytą saugumo profilį, šis atradimas gali pagreitinti naujų gydymo strategijų taikymą pacientams, sergantiems MDS arba CLL su ASXL1 ar EZH2 mutacijomis. Svarbiausi žingsniai, artimiausiu metu reikalingi translacijai: išvystyti patikimus biomarkerius, pasirinkti tinkamus pacientus (pvz., pagal mutacijų profilį arba tiesioginę TE ekspresiją), ir atlikti klinikinius tyrimus su tinkamai parinktais pabaigos taškais — atsako dažniu, progresijos laiku, išgyvenamumu ir saugumo rodikliais.
Biomarkerio kūrimas gali apimti kelių lygmenų diagnostiką: genų mutacijų profilavimą (ASXL1, EZH2), TE ekspresijos matavimus (transkriptominė analizė), chromatino žymenų identifikavimą arba funkcinius jautrumo testus (pvz., egz vivo jautrumo tyrimus pacientų ląstelėms PARP inhibitoriams). Tokie daugiafaktoriniai žymenys padėtų identifikuoti pacientų populiacijas, kuriose tikimybė gauti klinikinę naudą yra didžiausia.
Be to, yra erdvė kombinacinei terapijai: PARP inhibitoriai galėtų būti derinami su vaistais, kurie arba didina TE aktyvumą (pvz., tam tikri epigenetiniai moduliatoriai), arba kartu slopina adaptacinius remonto kelius, arba vartojami kartu su atvirkštinės transkriptazės inhibitoriais tam, kad moduliuotų TE aktyvumą. Reikėtų skirti ypatingą dėmesį galimiems šalutiniams poveikiams: PARP inhibitorių toksinėspnivelis ir ilgalaikis genetinis nestabilumas reikalauja atsargumo planuojant derinius ir dozių režimus.
Be kraujo vėžio, šis mechanizmas gali būti aktualus ir kitoms onkologinėms ligoms, kur chromatiniai reguliatoriai yra mutavę ir transpoziciniai elementai derepresuoti — pavyzdžiui, kai kuriuose epigenetinį pečatą prarandančiuose tuose navikuose. Todėl ateities tyrimuose svarbu ištirti TE ekspresijos ir PARP jautrumo koreliacijas daugeliuose navikų tipuose.
Profesorė Chi Wai Eric So iš King’s College London apibendrino atradimo reikšmę: darbas perrašė pasenusią perspektyvą, kur sekos, anksčiau nepripažintos kaip funkcionalios, dabar matomos kaip praktinė terapinė silpnybė, leidžianti iš naujo panaudoti esamus vaistus naujame kontekste. Tai pabrėžia, kaip gilus molekulinis supratimas gali pakeisti gydymo strategijas klinikinėje praktikoje.
Išvados
Šis tyrimas nukreipia dėmesį į iki šiol menkai vertintą genomo komponentą — transpozicinius elementus — ir parodo, kaip jų netinkamas reguliavimas ASXL1- ir EZH2-mutantuose kraujo vėžiuose sukuria taikytiną silpnybę. Išnaudojant TE varomą DNR žalą per PARP inhibitorių blokadą, mokslininkai identifikavo perspektyvų kelią gydyti navikus, kurie iki šiol buvo sunkiai taikomi standartinėms terapijoms.
Praktinė translacija apima biomarkerio plėtrą, tikslinį pacientų pasirinkimą ir gerai suplanuotus klinikinius tyrimus, siekiant nustatyti, kuriems pacientams ši strategija suteiks didžiausią naudą ir kaip ją saugiai integruoti į gydymo schemą. Taip pat būtina vertinti ilgalaikį poveikį genominio stabilumo prasme, galimus rezistencijos mechanizmus ir optimalias kombinacijas su kitais terapiniais agentais.
Galutinė žinia yra aiški: tai, ką kartais laikėme „genomo triukšmu“, gali tapti vertingu instrumentu kovojant su vėžiu. Dėl šio suvokimo senieji vaistai gali įgyti naują gyvenimą, o pacientai gauti naujas, tikslesnes gydymo galimybes.
Šaltinis: scitechdaily
Komentarai