WZGÓRZE KAPLICOWE – Naukowcy z UNC School of Medicine dokonali zaskakującego odkrycia, że cząsteczka zwana EdU, która jest powszechnie używana w eksperymentach laboratoryjnych do znakowania DNA, jest w rzeczywistości rozpoznawana przez ludzkie komórki jako uszkodzenie DNA, uruchamiając niekontrolowany proces naprawy DNA, który ostatecznie śmiertelne dla dotkniętych komórek, w tym komórek rakowych.
Odkrycie, opublikowane w Proceedings of the National Academy of Scienceswskazuje na możliwość wykorzystania EdU jako podstawy leczenia raka, biorąc pod uwagę jego toksyczność i selektywność wobec komórek, które szybko się dzielą.
„Nieoczekiwane właściwości EdU sugerują, że warto byłoby przeprowadzić dalsze badania nad jego potencjałem, szczególnie przeciwko nowotworom mózgu” – powiedział starszy autor badania Aziza Sancęr, MD, PhD, Sarah Graham Kenan, profesor biochemii i biofizyki w UNC School of Medicine i członek UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center. „Chcemy podkreślić, że jest to podstawowe, ale ważne odkrycie naukowe. Społeczność naukowa ma przed sobą wiele pracy, aby dowiedzieć się, czy EdU może rzeczywiście stać się bronią przeciwko rakowi”.
Aziz Sancar, MD, PhD (zdjęcie UNC-CH)
EdU (5-etynylo-2′-dezoksyurydyna) jest zasadniczo popularnym narzędziem naukowym zsyntetyzowanym po raz pierwszy w 2008 roku jako analog lub chemiczny naśladowca budulca DNA tymidyny – która reprezentuje literę „T” w kodzie DNA adeniny ( A), cytozyna (C), guanina (G) i tymina (T). Naukowcy dodają EdU do komórek w eksperymentach laboratoryjnych, aby zastąpić tymidynę w DNA. W przeciwieństwie do innych analogów tymidyny, ma wygodny chemiczny „uchwyt”, z którym ściśle wiążą się cząsteczki sondy fluorescencyjnej. Dzięki temu może być stosowany stosunkowo łatwo i wydajnie do znakowania i śledzenia DNA, na przykład w badaniach procesu replikacji DNA podczas podziału komórki.
Od 2008 roku naukowcy wykorzystali EdU jako narzędzie w ten sposób, co zostało opublikowane w tysiącach badań. Sancar, który w 2015 roku zdobył Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za przełomową pracę nad naprawą DNA, jest jednym z takich naukowców. Kiedy jego laboratorium zaczęło używać EdU, jego zespół nieoczekiwanie zaobserwował, że DNA znakowane EdU wyzwala reakcję naprawy DNA, nawet jeśli nie zostało wystawione na działanie czynników uszkadzających DNA, takich jak światło ultrafioletowe.
– To był szok – powiedział Sancar. „Więc postanowiliśmy zbadać to dalej”.
Podążając za dziwną obserwacją, zespół odkrył, że EdU, z wciąż niejasnych powodów, zmienia DNA w sposób, który wywołuje reakcję naprawczą zwaną naprawą przez wycięcie nukleotydów. Proces ten obejmuje usunięcie krótkiego odcinka uszkodzonego DNA i ponowną syntezę zastępczej nici. Jest to mechanizm, który naprawia większość uszkodzeń spowodowanych światłem ultrafioletowym, dymem papierosowym i chemioterapeutykami zmieniającymi DNA. Naukowcy zmapowali naprawę przez wycięcie indukowaną EdU w wysokiej rozdzielczości i odkryli, że występuje ona w całym genomie i najwyraźniej pojawia się wielokrotnie, ponieważ każda nowa nić naprawcza zawiera EdU i tym samym na nowo prowokuje odpowiedź naprawczą.
Wiadomo było, że EdU jest umiarkowanie toksyczny dla komórek, choć mechanizm jego toksyczności był zagadką. Odkrycia zespołu silnie sugerują, że EdU zabija komórki, indukując niekontrolowany proces bezskutecznej naprawy przez wycinanie, który ostatecznie prowadzi komórkę do samoterminacji poprzez zaprogramowany proces śmierci komórki zwany apoptozą.
To odkrycie było samo w sobie interesujące, powiedział Sancar, ponieważ sugeruje, że naukowcy używający EdU do znakowania DNA muszą wziąć pod uwagę jego wyzwalanie niekontrolowanej naprawy przez wycinanie.
„Jak mówimy, setki, a może tysiące badaczy używa EdU do badania replikacji DNA i proliferacji komórek w eksperymentach laboratoryjnych, nie wiedząc, że ludzkie komórki wykrywają to jako uszkodzenie DNA” – powiedział Sancar.
Sancar i współpracownicy zdali sobie również sprawę, że właściwości EdU mogą stać się podstawą skutecznego leku na raka mózgu, ponieważ EdU jest włączane do DNA tylko w komórkach, które aktywnie się dzielą, podczas gdy w mózgu większość zdrowych komórek nie dzieli się. Tak więc, w zasadzie, EdU może zabijać szybko dzielące się rakowe komórki mózgowe, oszczędzając jednocześnie nie dzielące się, zdrowe komórki mózgowe.
Sancar i jego zespół mają nadzieję kontynuować współpracę z innymi badaczami w celu zbadania właściwości EdU jako środka przeciwnowotworowego.
„Wcześniejsze badania wykazały już, że EdU zabija komórki rakowe, w tym komórki raka mózgu, ale co dziwne, nikt nigdy nie śledził tych wyników” – powiedział Sancar.
(C) UNC-CH
