Разкъсването на ДНК по време на химиотерапия може да провокира вторична левкемия

Биолози от Московския държавен университет „Ломоносов“ откриват механизъм, който оказва влияние върху възможността ракът на кръвта да се появи отново след проведена химиотерапия. Според изследователите резултатите от проучването им могат да бъдат използвани за намаляването на страничните ефекти от терапия против рак.

Изследването

Целта е да бъдат проучени подробно факторите, които водят до хромозомни транслокации – прехвърлянето на хромозомни сегменти към нехоможни хромозоми. Подобни транслокации се случват често по време на химиотерапия и водят до развитието на други онкологични заболявания като левкемия.

За реализирането на целите си екипът използва както биохимични методи за изследване на пространствената организация на генома, така и микроскопия. В резултат на това изследователите получават информация и точни данни както за това кои хромозоми са в контакт помежду си, така и как разкъсванията на ДНК, които се причиняват от инхибитора на топоизомеразата, влияят на подвижността й.

Самото изследване е осъществено върху стандартните обекти за изследване на левкемия -специалните безсмъртни Т-лимфоцити. Учените третират клетките с етопозит (инхибитор на топоизомераза). Следващата стъпка е насочена към откриването на скъсани краища в гена AML1 на ядрото като се използват ДНК сонди, които допълват различните краища на този ген. ДНК сондите съдържат флуоресцентни молекули, а това позволява визуализацията на локусите (определено местоположение в една хромозома, например, на ген или биомаркер), когато клетките се наблюдават под микроскоп.

Точно използването на тази техника позволява на учените да видят, че когато Т-лимфоцитите биват лекувани с етопозид, това води до образуването на двойно верижни разкъсвания и до разминаване на краищата на разкъсванията на ДНК в гена AML1.

Чрез компютърен анализ на изображенията от микроскопа, екипът измерва разстоянието между гена AML1 и територията на хромозома 21, в която обикновено се намира той.

Оказва се, че гените, в които възникнат прекъсвания, са по-често извън хромозомната си територия. Авторите на изследването установяват още, че бъдещите партньори за пренареждане, например AML1, не са били едни до други в ядрото преди прекъсванията.

>>>Нанолекарство, насочено директно към туморите, предпазва здравите органи

Както пояснява водещият на проучването Николай Ломов от катедрата по молекулярна биология на Факултета по биология в Московския университет „Ломоносов“, особеност на работата на екипа е използването на биохимични методи за идентифициране честота на генните контакти от една страна, а от друга на флуоресцентната ин ситу хибридизация (FISH), чрез която се откриват прекъсванията на гените и местоположението им спрямо територията на хромозомата.

Резултатите

Анализът на получените резултати показва, че появата на транслокации до голяма степен се влияе от факта, че краищата на прекъсванията на ДНК понякога се „губят“, разминавайки се на значително разстояние. Вероятно е, разминаването, което е причинено от инхибиторите на топоизомеразите, да се дължи на факта, че елиминирането им е сложен процес, изисква дълго време и в този период краищата се разделят. Такива краища са по-мобилни, а в резултат на това хромозомният фрагмент може да излезе извън своята територия.

„Постигнатото от нас дава основание да смятаме, че когато клетките са изложени на етопозид, то бързото възстановяване на разкъсванията на ДНК е възпрепятствано и краищата на разкъсването се губят в ядреното пространство. Затова вероятността те да срещнат края на друга подобна празнина се увеличава. Очевидно в този случай не е толкова важно къде първоначално са били локализирани партньорските гени за транслокация. Много по-важно е, кои от гените са по-податливи на действието на етопозида“, разказва Николай Ломов.

Началото на проекта е свързано с факта, че до момента не е изяснено какво определя кой вид транслокация ще настъпи.

Учените припомнят, че за туморните клетки е характерно активното делене. Преди него обаче, те трябва да разплетат ДНК молекулите, свързани здраво по време на репликацията. Затова се използват ензимите топоизомераза. Точно те разплитат възлите като разрязват ДНК молекулите, а след това ги съединяват отново.

Правилното функциониране на топоизомеразите е изключително важно за бързо делящите се туморни клетки.

Един от подходите на съвременната химиотерапия е свързан с блокирането на работата на топоизомеразите, което става чрез специални молекули – инхибитори на топоизомерази. Терапията прави възможно раковите клетки да умрат в следствие на множеството разкъсвания на ДНК. И това е положителният ефект от подхода, който води до възстановяването на болния.

Съществува обаче и проблем, който е резултат от това, че инхибиторите блокират действието на топоизомеразите не само в раковите, но и в здравите клетки, в които също настъпва увреждане на ДНК. Организмът реагира бързо в опит да възстанови нанесените щети. Най-често повредените краища просто се съединяват. И в това се корени проблемът, защото процесът може да доведе до грешки. Например, възможно е да се комбинират фрагменти от различни хромозоми, което води от своя страна до хромозомни транслокации. Този вид клетки могат да се превърнат в ракови, в резултат на което пациентът да развие остра левкемия. Става дума за рак, който е вторичен, защото е резултат от проведеното лечение.

>>>ДНК наноносители доставят целенасочено токсичните лекарства до туморите

При вторичната левкемия се открива много малък брой от хромозомни транслокации, а това означава, казват учените, че има механизми, определящи появата на точно такива пренареждания.

Изследването на руските учени, публикувано в International Journal of Molecular Sciences, открива част от отговорите за факторите, които водят до този вид транслокации.

Екипът

В екипа, ръководен от Николай Ломов, се включва не само учени от факултета по биология и Изследователския институт по физикохимична биология от Московския държавен университет „Ломоносов“, но и техни колеги от Института по биология на гена към Руската академия на науките, Първия московски държавен медицински университет „И. М. Сеченов“ и Военномедицинския университет в Австрия.