Учёные раскрыли механизм контроля повреждений ДНК
Повреждения ДНК в наших клетках происходят постоянно из-за внешних (например, солнечное излучение) и внутренних (реактивные формы кислорода) факторов. Для обнаружения и репарации повреждений клетки эволюционировали систему ответа на повреждение ДНК. Её активация поддерживает целостность генома, что критически важно для предотвращения многих патологий, включая гематологические расстройства, нейродегенеративные заболевания и рак.
Повреждение ДНК вызывает временные, но глубокие изменения в программах экспрессии генов. Ранее было установлено, что клеткам необходимо останавливать транскрипцию генов РНК-полимеразой II, чтобы облегчить репарацию ДНК и ограничить производство аномальных транскриптов.
В исследовании, опубликованном 26 февраля в престижном журнале Molecular Cell, учёные из Университета Хельсинки добавили новую деталь к этой картине. Совместная работа под руководством лаборатории Барборича показала, что активация транскрипции генов не менее важна для того, как клетки противостоят генотоксическому стрессу.
Транскрипция типичного гена у многоклеточных организмов состоит из многих фаз. Вскоре после старта полимераза делает паузу из-за действия негативных факторов элонгации транскрипции. Снятие этой паузы положительным фактором элонгации транскрипции b (P-TEFb), который представляет собой гетеродимерную киназу CDK9/CycT, является критическим лимитирующим этапом, позволяющим завершить транскрипцию гена. Большая часть P-TEFb находится в составе комплекса 7SK snRNP, где киназная активность CDK9 подавлена, что предотвращает неконтролируемую активацию генов.
С помощью комбинации биохимических и полногеномных методов исследователи обнаружили, что генотоксический стресс активирует P-TEFb через RBM7 — РНК-связывающий белок, ранее связанный с облегчением деградации РНК. При активации пути передачи сигнала p38 MAPK фосфорилированный RBM7 взаимодействует с комплексом 7SK snRNP, вызывая высвобождение P-TEFb.
Затем активная киназа перемещается в хроматин, запуская индукцию тысяч коротких кодирующих и некодирующих транскрипционных единиц. Авторы показали, что этот транскрипционный ответ критически важен для выживания стрессированных клеток. Когда они нарушали ось RBM7–P-TEFb, клетки становились гиперчувствительными к агентам, вызывающим повреждение ДНК, что приводило к их гибели.
«Когда стали поступать результаты, начала вырисовываться общая картина. Мы выяснили, как и почему активируется CDK9 при генотоксическом стрессе», — говорит Андрий Бугай, аспирант лаборатории и первый автор исследования.
«В конечном счёте альтернатив нет: клетки либо индуцируют транскрипцию генов, либо погибнут».
«В кризисные времена сдержанность отбрасывается. Клетки дерепрессируют ключевую транскрипционную киназу, которая, в свою очередь, устраняет главное препятствие для эффективной элонгации полимеразы на ключевых генах выживания и ответа на повреждение ДНК», — говорит Матьяж Барборич, старший исследователь фонда Сигрид Юселиус и старший автор, руководивший работой.
«Ретроспективно некоторые части истории уже были известны, но с помощью новых экспериментальных подходов мы смогли расшифровать критический транскрипционный путь и соединить точки».
Растущий объём работ показывает, что процветание раковых клеток может зависеть от «зависимости» от регуляторов экспрессии генов, включая транскрипционные киназы, такие как CDK9. Были разработаны высокоспецифичные ингибиторы CDK9, и некоторые из них уже входят в клинические испытания. Учитывая, что новое исследование идентифицировало CDK9 как ядро клеточного ответа на повреждение ДНК, авторы оптимистичны в отношении перспектив новых противораковых вмешательств.
«Поскольку химиотерапевтические препараты могут активировать ответ на повреждение ДНК, уничтожение раковых клеток, индуцированное лекарствами, может быть значительно усилено в комбинации со специфическими фармакологическими ингибиторами CDK9. Этот комбинаторный подход или его производные могут стать важным путём вперёд в нашей борьбе с раком», — говорит Барборич.