Ученым давно известно, что хроническое воспаление, фактор риска рака, может повредить ДНК. Они также знали, что способность раковых клеток распространяться частично обусловлена ??так называемыми «эпигенетическими» факторами, которые саботируют способность генов включаться или выключаться, когда они должны. В своем новом исследовании, описанном в выпуске «Cancer Cell» от 8 мая, ученые обнаружили связь между этими двумя явлениями, обратив свое внимание на белок, известный как CHD4, сокращение от ДНК-связывающего белка хромодомена геликазы.
Белок связан с восстановлением повреждений ДНК.Исследователи, в основном Лимин Ся, научный сотрудник лаборатории Стивена Б. Бейлина, доктора медицины, Вирджиния и Д.К. Людвиг, профессор онкологии и медицины и заместитель директора исследовательских программ онкологического центра Киммела, разработал серию экспериментов, чтобы определить, как белок CHD4 восстанавливает повреждения ДНК.
Во-первых, в лаборатории исследователи подвергли раковые клетки толстой кишки человека воздействию перекиси водорода, которая повреждает ДНК в результате воспалительного процесса, а именно образования отрицательно заряженных высокореактивных молекул, называемых активными формами кислорода (АФК). Эксперименты показали, что CHD4 присутствует на участках повреждения ДНК в течение нескольких минут после воздействия перекиси водорода, и вскоре его сопровождает «ремонтная бригада» других белков, состоящих в составе ДНК-метилтрансфераз, белков, которые размещают метильные группы в генах, чтобы « тишина "или выключите их.Затем исследовательская группа использовала лазерный луч, чтобы вызвать повреждение ДНК в клеточных линиях рака толстой кишки. И снова CHD4 и его команда репаративных белков устремились к месту повреждения.
«Этот результат предполагает, что присутствие CHD4 и сопровождающих его белков может быть частью универсальной системы восстановления повреждений ДНК», — говорит Бейлин. В дополнение к этой идее, по его словам, когда команда остановила выработку клетками CHD4 путем генетического разрушения гена, сопутствующие белки не показывались после воздействия перекиси водорода или лазера.Предположительно, говорит Бэйлин, существует механизм отключения генов в поврежденных областях, пока клетки восстанавливают ДНК.
Однако, по его словам, ремонтная бригада может оставаться в некоторых генах, отключая их даже после того, как восстановление ДНК завершено или продолжается.Команда отмечает, что тип гена, который остается выключенным, может быть связан с раком. Исследователи обнаружили, что восемь генов, которые, скорее всего, уже метилированы и, таким образом, отключены в раковых клетках толстой кишки, считаются потенциальными супрессорами опухоли.
Дальнейшие исследования показали, что эти гены уже были обогащены CHD4. Когда исследователи предотвратили выработку CHD4 клетками, эти гены потеряли метилирование и снова активировались, способные производить белки, предотвращающие распространение раковых клеток.Проверив Атлас генома рака, базу данных, финансируемую Национальными институтами здравоохранения и содержащую генетические мутации, которые, как считается, вызывают рак, исследователи обнаружили, что значительная часть рака толстой кишки, легких и других видов рака — от 30 до 40 процентов — имела гораздо более высокий уровень CHD4, чем в здоровых тканях.
Интересно, как CHD4 привлекается к поврежденной ДНК, Ся, Бэйлин и их коллеги искали другие факторы, которые могли бы привлечь CHD4 к месту повреждения ДНК. Они обнаружили, что CHD4 напрямую взаимодействует с ферментом, называемым 8-оксогуанингликозилазой (OGG1), который удаляет гуанин — одну из единиц, составляющих ДНК, — при ее повреждении. Когда исследователи удалили этот фермент из клеток, CHD4 не смог добраться до участков поврежденной ДНК.Когда исследователи окрашивали ДНК клеток рака толстой кишки, чтобы найти наиболее вероятные местоположения OGG1, они обнаружили его в местах расположения восьми генов-супрессоров опухоли, которые часто отключаются при возникновении рака.
Наконец, исследователи провели серию экспериментов, чтобы изучить поведение двух наборов раковых клеток толстой кишки: один набор с характерным высоким содержанием CHD4, а другой исследователи использовали генетические методы для снижения уровня этого белка.Исследователи обнаружили, что немодифицированные клетки рака толстой кишки легко перемещаются в чашках Петри, проникают в другие клеточные мембраны и мигрируют из одной области в другую у живых мышей, создавая новые опухоли — отличительные признаки метастазов.Однако, когда исследователи провели те же эксперименты с клетками, в которых был подавлен CHD4, они потеряли все эти характерные способности раковых клеток.
«Взятые вместе, — говорит Бэйлин, — наши эксперименты показывают, что CHD4 и возникающее в результате метилирование — действительно важное явление, связанное с причиной рака толстой кишки и, вероятно, многих других типов рака».Следовательно, говорит он, поиск способов уменьшить количество CHD4 в опухолях может быть одним из способов лечения рака.
Кроме того, по его словам, отслеживание высоких уровней OGG1, который привлекает CHD4, может быть полезным для врачей для оценки риска рецидива рака.В этом исследовании участвовали и другие исследователи, в том числе И Цай, Ян В. Чжан, Хуйли Ли, Синтия А. Захнов, Венбинг Се и Рэй-Вай Чиу Йен из Университета Джона Хопкинса, а также Фейруз В. Рассул из Университета Мэриленда в Гринбауме. Центр.
Исследование было поддержано грантами Национального института экологических наук при Национальном институте здравоохранения (RO1 ES011858), Hodson Trust и Национального фонда естественных наук Китая (№ 81522031, № 81272652). Исследование также было частично поддержано внутренними фондами Национального центра токсикологических исследований Управления США по контролю за продуктами и лекарствами.