Где останавливается копировальный аппарат ДНК, там может быть рак
При каждом делении человеческой клетки она сначала создает копию своих 46 хромосом — инструкцию для новой клетки. Обычно этот процесс проходит гладко. Но иногда информация копируется и собирается неправильно, оставляя разрывы, которые клетке приходится восстанавливать.
Ученые давно знают, что некоторые области хромосом, называемые "хрупкими сайтами", более склонны к разрывам и могут быть источником развития рака. Однако причина их возникновения оставалась неясной.
Команда исследователей из Университета Дьюка провела полное картирование хрупких сайтов в дрожжах. Результаты, опубликованные 5 мая в Proceedings of the National Academy of Sciences, показывают, что хрупкие сайты возникают в конкретных областях генома, где работа ДНК-копирующего механизма замедляется или останавливается. Это может происходить из-за определенных последовательностей ДНК или ее структурных элементов. Исследование проливает свет на происхождение многих генетических аномалий, наблюдаемых в солидных опухолях.
"Другие исследования были ограничены изучением хрупких сайтов на конкретных генах или хромосомах, — говорит Томас Д. Питс, профессор молекулярной генетики и микробиологии. — Наше же первое, которое исследует тысячи таких сайтов по всему геному и задается вопросом, что у них может быть общего".
Термин "хрупкие сайты" появился в 1980-х годах для описания разрывов хромосом, возникающих при блокировке молекулы ДНК-полимеразы в клетках млекопитающих. Исследования на дрожжах Saccharomyces cerevisiae показали, что определенные последовательности ДНК могут заставлять полимеразу замедляться или останавливаться. Однако ни одно из них не продемонстрировало, как именно эти задержки приводят к образованию хрупких сайтов.
В этом исследовании Питс хотел найти связь между сбоем в копировании и его генетическими последствиями в масштабе всего генома. Сначала он снизил уровень ДНК-полимеразы в дрожжевых клетках в десять раз по сравнению с нормой. Затем с помощью микрочипов он картировал участки, где сегменты ДНК были перестроены, что указывало на наличие хрупкого сайта.
Обнаружив эти сайты, его лаборатория более года анализировала литературу в поисках общих черт среди выявленных геномных регионов. В итоге они показали, что хрупкие сайты связаны с последовательностями или структурами, которые останавливают репликацию ДНК, — такими как инвертированные повторы, сигналы терминации репликации и гены транспортной РНК (тРНК).
"Мы опубликовали лишь верхушку айсберга — много работы осталось за кадром, потому что связи были недостаточно значимыми. Даже сейчас мы не нашли ни одной конкретной последовательности, которая бы четко предсказывала хрупкий сайт, — говорит Питс. — Думаю, есть много способов замедлить репликацию, поэтому нет единого сигнала, указывающего на это".
Кроме того, Питс обнаружил, что эти хрупкие сайты создают удивительно нестабильный геном, приводя к хаотичным перестройкам, дупликациям и делециям фрагментов ДНК или даже к потере или приобретению целых хромосом.
"Возможность анализировать эти сайты в масштабе всего генома — важный шаг вперед, — отмечает Грей Краузен, профессор биологии из Университета Эмори, не участвовавший в исследовании. — Давно известно, что многие раковые клетки имеют аномальное число хромосом, и в различных опухолевых клетках наблюдаются множественные хромосомные перестройки. Вероятно, у нестабильности хромосом в раковых клетках много причин. Данная работа предполагает, что хромосомные перестройки, наблюдаемые в хрупких сайтах и обнаруживаемые в солидных опухолях, могут быть вызваны разрывами из-за нарушенной репликации".