CHAPEL HILL – Forskare vid UNC School of Medicine har gjort den överraskande upptäckten att en molekyl som heter EdU, som vanligtvis används i laboratorieexperiment för att märka DNA, faktiskt erkänns av mänskliga celler som DNA-skada, vilket utlöser en skenande process av DNA-reparation som till slut dödligt för drabbade celler, inklusive cancerceller.
Upptäckten, publicerad i Proceedings of the National Academy of Sciences, pekar på möjligheten att använda EdU som grund för en cancerbehandling, med tanke på dess toxicitet och dess selektivitet för celler som delar sig snabbt.
"De oväntade egenskaperna hos EdU tyder på att det skulle vara värt besväret att genomföra ytterligare studier av dess potential, särskilt mot hjärncancer", säger studiens seniorförfattare Aziz Sancar, MD, PhD, Sarah Graham Kenan professor i biokemi och biofysik vid UNC School of Medicine och medlem av UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center. "Vi vill betona att detta är en grundläggande men viktig vetenskaplig upptäckt. Det vetenskapliga samfundet har mycket arbete framför sig för att ta reda på om EdU faktiskt skulle kunna bli ett vapen mot cancer.”
Aziz Sancar, MD, PhD (UNC-CH-foto)
EdU (5-etynyl-2′-deoxiuridin) är i huvudsak ett populärvetenskapligt verktyg som syntetiserades först 2008 som en analog eller kemisk efterlikning av DNA-byggstenen tymidin - som representerar bokstaven "T" i adenins DNA-kod ( A), cytosin (C), guanin (G) och tymin (T). Forskare lägger till EdU till celler i labbexperiment för att ersätta tymidin i DNA. Till skillnad från andra tymidinanaloger har den ett bekvämt kemiskt "handtag" till vilket fluorescerande sondmolekyler kommer att binda tätt. Den kan således användas relativt enkelt och effektivt för att märka och spåra DNA, till exempel i studier av DNA-replikationsprocessen under celldelning.
Sedan 2008 har forskare använt EdU som ett verktyg på detta sätt, vilket publicerats i tusentals studier. Sancar, som vann Nobelpriset i kemi 2015 för sitt framstående arbete med DNA-reparation, är en sådan vetenskapsman. När hans labb började använda EdU, observerade hans team oväntat att EdU-märkt DNA utlöste ett DNA-reparationssvar även när det inte exponerades för DNA-skadande medel, såsom ultraviolett ljus.
"Det var en ganska chock," sa Sancar. "Så vi bestämde oss för att utforska det ytterligare."
Efter uppföljningen av den märkliga observationen upptäckte teamet att EdU, av skäl som fortfarande är oklara, förändrar DNA på ett sätt som provocerar fram ett reparationssvar som kallas nukleotidexcisionsreparation. Denna process involverar borttagning av en kort sträcka av skadat DNA och återsyntes av en ersättningssträng. Detta är den mekanism som reparerar de flesta skador från ultraviolett ljus, cigarettrök och DNA-förändrande kemomedicin. Forskarna kartlade EdU-inducerad excisionsreparation med hög upplösning och fann att det förekommer över genomet, och det förekommer tydligen om och om igen, eftersom varje ny reparationssträng inkluderar EdU och därmed provocerar reparationssvaret på nytt.
Det hade varit känt att EdU är måttligt giftigt för celler, även om mekanismen för dess toxicitet hade varit ett mysterium. Teamets resultat tyder starkt på att EdU dödar celler genom att inducera en skenande process av meningslös excisionsreparation, vilket i slutändan leder till att cellen avslutar sig själv genom en programmerad celldödsprocess som kallas apoptos.
Den upptäckten var intressant i sin egen rätt, sa Sancar, eftersom den föreslog att forskare som använder EdU för att märka DNA måste ta hänsyn till dess utlösande av skenande excisionsreparation.
"När vi talar använder hundratals och kanske tusentals forskare EdU för att studera DNA-replikation och cellproliferation i labbexperiment utan att veta att mänskliga celler upptäcker det som DNA-skada," sa Sancar.
Sancar och kollegor insåg också att EdU:s egenskaper kan göra det till grunden för ett effektivt läkemedel mot hjärncancer eftersom EdU blir inkorporerat i DNA endast i celler som aktivt delar sig, medan de flesta friska celler i hjärnan inte delar sig. Således skulle EdU i princip kunna döda snabbt delande cancerhjärnceller samtidigt som man skonade icke-delande, friska hjärnceller.
Sancar och hans team hoppas kunna fortsätta samarbeten med andra forskare för att undersöka EdU:s egenskaper som ett medel mot cancer.
"Tidigare studier har redan hittat bevis för att EdU dödar cancerceller, inklusive hjärncancerceller, men konstigt nog har ingen någonsin följt upp dessa resultat," sa Sancar.
(C) UNC-CH
