Wojownik raka mózgu? Naukowcy z UNC odkrywają potencjalne leczenie przy użyciu typowej cząsteczki laboratoryjnej

Naukowcy ze Szkoły Medycznej UNC dokonali zaskakującego odkrycia, że cząsteczka zwana EdU, powszechnie stosowana w eksperymentach laboratoryjnych do znakowania DNA, jest w rzeczywistości rozpoznawana przez komórki ludzkie jako uszkodzenie DNA, uruchamiając niekontrolowany proces naprawy DNA, który ostatecznie kończy się śmiertelny dla dotkniętych komórek, w tym komórek nowotworowych.

Odkrycie opublikowane w czasopiśmie „ Postępowanie Narodowej Akademii Nauk, wskazuje na możliwość wykorzystania EdU jako podstawy leczenia raka, biorąc pod uwagę jego toksyczność i selektywność w stosunku do szybko dzielących się komórek.

„Nieoczekiwane właściwości EdU sugerują, że warto przeprowadzić dalsze badania nad jego potencjałem, szczególnie w walce z nowotworami mózgu” – stwierdził starszy autor badania Aziza Sancęr, MD, PhD, Sarah Graham Kenan, profesor biochemii i biofizyki w Szkole Medycznej UNC oraz członkini Kompleksowego Centrum Onkologii UNC Lineberger. „Chcemy podkreślić, że jest to podstawowe, ale ważne odkrycie naukowe. Społeczność naukowa ma przed sobą wiele pracy, aby dowiedzieć się, czy EdU rzeczywiście może stać się bronią przeciwko rakowi”.

Aziz Sancar, lekarz medycyny, doktor (zdjęcie UNC-CH)

EdU (5-etynylo-2′-deoksyurydyna) jest w zasadzie 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, posiada wygodny chemiczny „uchwyt”, z którym ściśle łączą się cząsteczki sondy fluorescencyjnej. Można go zatem stosunkowo łatwo i skutecznie stosować do znakowania i śledzenia DNA, na przykład w badaniach procesu replikacji DNA podczas podziału komórki.

Od 2008 roku naukowcy wykorzystują w tym celu EdU, co potwierdzają tysiące badań. Jednym z takich naukowców jest Sancar, który w 2015 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za przełomową pracę nad naprawą DNA. Kiedy jego laboratorium zaczęło używać EdU, jego zespół nieoczekiwanie zaobserwował, że DNA znakowane EdU wyzwala odpowiedź naprawczą DNA, nawet jeśli nie było wystawione na działanie czynników uszkadzających DNA, takich jak światło ultrafioletowe.

„To był szok” – powiedział Sancar. „Postanowiliśmy więc zbadać to głębiej”.

Podążając za dziwną obserwacją, zespół odkrył, że EdU z wciąż niejasnych powodów zmienia DNA w sposób wywołujący reakcję naprawczą zwaną naprawą przez wycinanie nukleotydów. Proces ten polega na usunięciu krótkiego odcinka uszkodzonego DNA i ponownej syntezie nici zastępczej. Jest to mechanizm, który naprawia większość uszkodzeń spowodowanych światłem ultrafioletowym, dymem papierosowym i chemioterapeutykami zmieniającymi DNA. Naukowcy zmapowali w wysokiej rozdzielczości naprawę przez wycinanie wywołaną EdU i odkryli, że zachodzi ona w całym genomie i najwyraźniej pojawia się wielokrotnie, ponieważ każda nowa nić naprawcza zawiera EdU i w ten sposób na nowo prowokuje reakcję naprawczą.

Wiadomo było, że EdU jest umiarkowanie toksyczny dla komórek, choć mechanizm jego toksyczności pozostawał tajemnicą. Odkrycia zespołu zdecydowanie sugerują, że EdU zabija komórki, indukując niekontrolowany proces daremnej naprawy przez wycięcie, co ostatecznie prowadzi do samozniszczenia komórki w procesie zaprogramowanej śmierci komórki zwanej apoptozą.

To odkrycie samo w sobie było interesujące, stwierdził Sancar, ponieważ sugeruje, że badacze wykorzystujący EdU do znakowania DNA muszą wziąć pod uwagę wyzwalanie przez niego niekontrolowanej naprawy przez wycięcie.

„W chwili obecnej setki, a może tysiące badaczy korzysta z EdU do badania replikacji DNA i proliferacji komórek w eksperymentach laboratoryjnych, nie wiedząc, że komórki ludzkie wykrywają to jako uszkodzenie DNA” – powiedział Sancar.

Sancar i współpracownicy zdali sobie również sprawę, że właściwości EdU mogą sprawić, że stanie się on podstawą skutecznego leku na raka mózgu, ponieważ EdU zostaje włączony do DNA tylko w komórkach, które aktywnie się dzielą, podczas gdy w mózgu większość zdrowych komórek nie dzieli się. Zatem w zasadzie EdU może zabić szybko dzielące się nowotworowe komórki mózgowe, oszczędzając niedzielące się, zdrowe komórki mózgowe.

Sancar i jego zespół mają nadzieję na kontynuację współpracy z innymi badaczami w celu zbadania właściwości EdU jako środka przeciwnowotworowego.

„Wcześniejsze badania wykazały już, że EdU zabija komórki nowotworowe, w tym komórki nowotworowe mózgu, ale, co dziwne, nikt nigdy nie monitorował tych wyników” – powiedział Sancar.

(C) UNC-CH

Oryginalne źródło artykułu: WRALTechWire