Исследователи LJI пролили свет на роль ферментов TET в стабильности генома и раке.
Ученые из Института иммунологии Ла-Хойи (LJI) обнаружили, как потеря ферментов TET может привести к В-клеточной лимфоме. Их исследование, опубликованное в Иммунология природы, может потенциально открыть возможности для разработки стратегий медикаментозного лечения, нацеленных на злокачественные клетки при многих видах рака.
Новое исследование возглавила профессор LJI Анджана Рао, доктор философии, в Центре иммунотерапии рака LJI, а эксперименты возглавил инструктор LJI Випул Шукла, доктор философии (вскоре станет доцентом в Северо-Западного университета) и аспирантка Калифорнийского университета в Сан-Диего Даниэла Саманьего-Каструита.
Новое исследование помогает ученым наконец связать два опасных явления в раковых клетках.
В предыдущих исследованиях ученые обнаружили мутации, из-за которых ферменты TET теряют свою функцию у многих пациентов с раком крови и солидным раком. Исследователи также обнаружили, что геномная нестабильность, такая как двухцепочечные разрывы в ДНК код, являются общей чертой раковых клеток
В этом проекте ученые исследовали один потенциальный способ, которым дефицит TET связан с нестабильностью генома.
«Это исследование дает представление о важном вопросе в этой области», — говорит Шукла.
Изучая мышиную модель лимфомы, исследователи обнаружили, что удаление ферментов TET2 и TET3 в зрелых В-клетках имело огромные последствия для гомеостаза В-клеток. «У мышей с дефицитом TET развилась лимфома, и мы наблюдали увеличение меток, связанных с нестабильностью генома, таких как двухцепочечные разрывы», — говорит Саманьего-Каструита.
Затем команда провела геномный анализ, чтобы понять, что происходит на молекулярном уровне. Они увидели, что без ТЕТ2 и ТЕТ3 ДНК пронизана необычными структурами ДНК, называемыми G-квадруплексами и R-петлями.
Обычно ДНК состоит из двух цепочек, идущих параллельно друг другу, как две перекладины лестницы. R-петли появляются, когда третий рельс, сделанный из РНК, проскальзывает и создает зазор между двумя рельсами ДНК. G-квадруплексы действуют как узлы на рельсах ДНК. И R-петли, и G-квадруплексы затрудняют «распаковку» исходных двух рельсов ДНК, поскольку клетка пытается прочитать код ДНК и поддерживать правильную работу клетки.
Схематическое изображение G-квадруплекса (G4) со связанной структурой R-петли, иллюстрирующее реагенты, используемые для обнаружения G-квадруплексов и R-петлей. Предоставлено: Шукла и др.
Шулка и Саманьего-Каструита подробно изучили эти структуры ДНК благодаря финансированию от премии Tullie and Rickey Families SPARK Awards Института Ла-Хойя за инновации в иммунологии. «Эти структуры представляют собой участки ДНК, которые гораздо более хрупкие, чем другие участки», — говорит Шукла. «В этом исследовании мы обнаружили, что ферменты ТЕТ, возможно, связаны с регуляцией этих структур, что, в свою очередь, может объяснить один механизм приобретения геномной нестабильности в отсутствие ферментов ТЕТ».
Когда дело доходит до злокачественных новообразований В-клеток, G-квадруплексы и R-петли, по-видимому, являются недостающим звеном между контрольными мутациями TET и опасной нестабильностью генома.
Итак, если G-квадруплексы и R-петли вызывают проблемы, есть ли способ остановить их формирование?
Shukla и Samaniego-Castruita наблюдали, что DNMT1 активировался в TET-дефицитных В-клетках. DNMT1 является ключевым ферментом, ответственным за сохранение меток на ДНК, называемых «метилированием ДНК». Метилирование ДНК является важной регуляторной меткой в геноме и обычно удаляется за счет активности ферментов TET.
Без ферментов TET нормальный обмен метками метилирования ДНК был нарушен. Поэтому в своем следующем эксперименте ученые также удалили ген Dnmt1 в TET-дефицитных B-клетках у мышей, чтобы проверить, могут ли уровни G-квадруплексов и R-петлей изменяться при удалении белка DNMT1.
Действительно, удаление DNMT1 было связано с поразительной задержкой развития агрессивных В-клеточных лимфом. Удаление DNMT1 также было связано со снижением уровня G-квадруплексов и R-петлей, говорит Саманьего-Каструита.
Исследователи подчеркивают, что регулирование G-квадруплексов и R-петлей может быть лишь одним из способов, которым ферменты TET контролируют стабильность генома. Также предстоит проделать большую работу, чтобы выявить точные шаги, которые приводят клетки с дефицитом TET к накоплению этих загадочных структур в ДНК. Когда-нибудь команда надеется разработать стратегии, с помощью которых можно было бы нацеливать G-квадруплексы и R-петли, чтобы помочь больным раком.
Поскольку лаборатория Рао продолжает исследовать эффекты ферментов TET, этой зимой Шукла присоединится к преподавателям кафедры клеточной биологии и биологии развития Северо-Западного университета. Он планирует открыть собственную лабораторию, ориентированную на изучение альтернативных структурных конформаций ДНК.
Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. «Странные структуры ДНК могут способствовать развитию рака».
Ссылка: «Дефицит TET нарушает гомеостаз зрелых В-клеток и способствует онкогенезу, связанному с накоплением структур G-квадруплекса и R-петли» Випул Шукла, Даниэла Саманьего-Каструита, Жен Донг, Эдахи Гонсалес-Авалос, Цинцин Ян, Кавита Сарма и Анджана. Рао, 22 декабря 2021 г., Иммунология природы.
DOI: 10.1038 / s41590-021-01087-w
Исследователи использовали ресурсы Advanced Light Source, который является пользовательским центром DOE Office of Science по контракту №. DE-AC02-05CH11231.
Среди других авторов исследования — Чжэнь Донг, Эдахи Гонсалес-Авалос, Цинцин Ян и Кавита Сарма.
