Według nowych badań komórki nowotworowe mogą zawdzięczać część swojej destrukcyjnej natury unikalnemu DNA w kształcie „pączka”.
Badanie, opublikowane dzisiaj (20 listopada) w czasopiśmie Nature, wykazało, że w niektórych komórkach nowotworowych DNA nie pakuje się w struktury nitkowate, jak ma to miejsce w zdrowych komórkach - materiał genetyczny składa się w pierścień podobny kształt, który czyni raka bardziej agresywnym.
„DNA przekazuje informacje nie tylko w swojej sekwencji, ale także w kształcie”, powiedział współautor, Paul Mischel, profesor patologii na University of California w San Diego.
Jak pamiętasz z lekcji biologii, większość naszego DNA jest ciasno upakowana w jądrach komórkowych w strukturach zwanych chromosomami. Prawie wszystkie komórki mają 23 pary chromosomów, z których każda składa się z około 1,82 metra DNA ściśle owiniętego wokół grup białek, które służą jako rusztowanie.
Ta upakowana struktura pozwala niektórym genom być dostępnym dla cząsteczek, które „czytają” i wykonują instrukcje genetyczne, podczas gdy inne geny pozostają ukryte. Rezultatem jest ściśle regulowana maszyneria, która powstrzymuje komórkę przed wykonywaniem niepożądanych instrukcji genetycznych i replikacją (tworzeniem nowych „komórek potomnych”) w sposób nieregularny.
„Wszystko, czego nauczyliśmy się o genetyce, mówi, że zmiany powinny być powolne”, powiedział Mischel Live Live. Ale lata temu Mischel i jego zespół odkryli, że w pewnym typie raka mózgu zwanym glejakiem, guzy „wydawały się być w stanie zmieniać się w tempie, które po prostu nie miało sensu”. Komórki nowotworowe, gdy dzieliły się na komórki potomne, zdawały się w jakiś sposób zwiększać ekspresję onkogenów - genów, które mogą przekształcić zwykłą komórkę w nowotworową.
Okazało się, że niektóre z tych amplifikowanych kopii onkogenów „uwolniły się od chromosomów”, powiedział Mischel. Po uwolnieniu się z chromosomów spędzali czas na innych kawałkach DNA wewnątrz komórki, zgodnie z artykułem opublikowanym w czasopiśmie Science w 2014 roku. Następnie odkryli, że te „pozachromosomalne” fragmenty DNA (ecDNA) faktycznie występują w prawie połowie ludzkich nowotworów, ale rzadko wykrywano je w zdrowych komórkach, o czym pisali autorzy w artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature w 2017 r.
W tym nowym badaniu odkryli, dlaczego ecDNA jest tak solidny. Połączenie obrazowania i analizy molekularnej ujawniło, że te fragmenty DNA są owinięte wokół białek w kształcie pierścienia, podobnie do okrągłego DNA występującego w bakteriach.
Ten kształt pierścienia znacznie ułatwia maszynerii komórkowej dostęp do mnóstwa informacji genetycznych - w tym onkogenów - dzięki czemu może szybko transkrybować i wyrazić je (na przykład poinstruować zdrową komórkę, aby przekształciła się w nowotworową), powiedział Mischel. Ta łatwa dostępność pozwala komórkom nowotworowym generować duże ilości onkogenów sprzyjających nowotworom, szybko ewoluować i łatwo dostosowywać się do zmieniającego się środowiska.
Co więcej, naukowcy odkryli, że w przeciwieństwie do zdrowych komórek, które dzielą swoje geny na komórki potomne w regularny i oczekiwany sposób, te komórki rakowe dystrybuują swoje ecDNA w przypadkowy sposób. To jak „fabryka pompująca tonę onkogenów”, prowadząca do tego, że niektóre komórki potomne otrzymują wiele kopii onkogenów w jednym podziale komórek, powiedział Mischel.
„To bardzo ekscytujące badanie” - powiedział Feng Yue, dyrektor Center for Cancer Genomics na Northwestern University Lurie Cancer Center, który nie był zaangażowany w badania. „Ta praca stanowi konceptualny postęp, w jaki sposób ecDNA przyczynia się do onkogenezy w ludzkim raku”.
Mischel i niektórzy inni autorzy badań są współzałożycielami Boundless Bio Inc., firmy zajmującej się badaniem terapii opartych na ek-DNA. Współautor badania Vineet Bafna jest również współzałożycielem i posiada udziały w spółce Digital Proteomics, ale autorzy twierdzą, że żadna firma nie była zaangażowana w te badania.
