Активация клеточного ответа на повреждение ДНК может подавлять репликацию некоторых вирусов

Новое исследование показывает, что запуск клеточного ответа на повреждение ДНК может стать перспективным направлением для разработки методов лечения против нескольких редких, но опасных вирусов, для которых не существует противовирусных препаратов. К ним может относиться и вирус папилломы человека (ВПЧ), вызывающий рак.

Исследование, опубликованное 10 августа в Nucleic Acids Research, фокусируется на пути ответа на повреждение ДНК. Оно демонстрирует, как этот путь может снижать функцию вирусного фермента — хеликазы — и тем самым подавлять репликацию вируса.

«Это исследование важно как для понимания того, как клетки реагируют на повреждение ДНК, чтобы предотвратить превращение в раковые, так и для разработки новых методов лечения рака. Кроме того, оно открывает возможности для новых подходов к лечению некоторых редких, но разрушительных вирусных инфекций», — говорит Томас Меленди, старший автор статьи.

Как репликация замедляется в ответ на повреждение ДНК

Исследование сосредоточено на процессе, называемом ответом на повреждение ДНК, часть которого эволюционировала, чтобы останавливать или замедлять синтез ДНК при возникновении клеточных повреждений.

«Эти пути важны для предотвращения усугубления повреждения ДНК, которое может привести либо к гибели клетки, либо к раку», — объясняет Рама Дей-Рао, соавтор исследования.

Когда эти пути активируются, репликация ДНК подавляется в сайтах генома, называемых оригинами; одновременно также замедляется продвижение репликационных вилок — структур, где большие группы белков координируют репликацию генома.

«Исследователей очень интересует, как происходит это замедление, потому что оно очень значительное, — говорит Меленди. — Пути ответа на повреждение ДНК вызывают замедление продвижения репликационных вилок примерно в десять раз. Это означает, что синтез генома клетки, который обычно занимает около 12 часов, занял бы почти пять дней, значительно увеличивая время для репарации повреждений».

Вирусная связь

В течение многих лет Меленди и его коллеги изучали два типа небольших ДНК-вирусов: папилломавирусы (например, ВПЧ) и полиомавирусы, которые у большинства людей не вызывают серьезных заболеваний, но могут приводить к ним, включая некоторые виды рака, у лиц с ослабленным иммунитетом.

«Мы ранее показали, что в ответ на повреждение ДНК ВПЧ не останавливает и не замедляет свою репликацию, в то время как полиомавирусы — останавливают или замедляют. Сравнивая и противопоставляя эти два типа вирусов, мы можем получить представление о том, как репликация полиомавируса замедляется в ответ на повреждение ДНК, что, в свою очередь, дает нам понимание того, как человеческие клетки замедляют репликационные вилки», — объясняет Меленди.

В текущем исследовании они продемонстрировали, что сайт фосфорилирования (где к молекуле добавляется фосфатная группа) на основном белке репликации и транскрипции ДНК полиомавируса высоко консервативен у полиомавирусов многих видов животных.

«Сохранение этого фосфорилирования/модификации у полиомавирусов, которые эволюционировали для заражения многих различных видов млекопитающих, предполагало, что оно, вероятно, важно», — говорит Меленди.

Чтобы изучить эффекты, исследователи создали мутацию в конкретном аминокислотном остатке вирусного белка, где происходит это фосфорилирование, чтобы имитировать наличие там фосфатной группы.

Когда они экспрессировали этот мутантный вирусный белок в человеческих клетках, они обнаружили, что репликация генома вируса снизилась в 10 раз. При этом вирусная транскрипция не пострадала, что указывает на высокоспецифичное влияние фосфорилирования в этом остатке именно на репликацию ДНК вируса.

Роль ДНК-хеликазы

Сравнивая белки дикого типа и мутантные, исследователи обнаружили, что единственная функция, которая была нарушена, — это способность действовать как ДНК-хеликаза, разматывая цепи ДНК для облегчения входа ферментов синтеза ДНК.

«Это первая демонстрация того, что фосфорилирование можно использовать в качестве "переключателя" на ДНК-хеликазе для снижения скорости репликации», — объясняет Меленди.

Данные свидетельствуют, что подобное фосфорилирование может происходить и в человеческих ДНК-хеликазах.

«Для многих видов рака, если мы избирательно ингибируем оставшиеся у них контрольные точки ответа на повреждение ДНК и одновременно лечим меньшими, чем обычно, количествами повреждающих ДНК химиотерапевтических агентов, то мы сможем избирательно повреждать раковые клетки, оставляя нераковые клетки нетронутыми. Это значительно усилит уничтожение раковых клеток и одновременно снизит токсические побочные эффекты», — говорит Меленди.

На основе текущего исследования эти контрольные точки ответа на повреждение ДНК теперь могут быть актуальны для лечения вирусных инфекций, вызываемых изучаемыми небольшими ДНК-вирусами.

«Поскольку эти небольшие ДНК-вирусы почти исключительно полагаются на ферменты клетки-хозяина для синтеза своих вирусных геномов, они были очень устойчивы к противовирусной терапии, — отмечает Меленди. — В настоящее время у нас нет противовирусных методов лечения для ВПЧ или полиомавирусов. Запуская ответ на повреждение ДНК у пациента, можно было бы резко замедлить вирусную репликацию ДНК, подавив инфекцию. Это открывает новое возможное направление для противовирусного лечения этих пока что неизлечимых вирусных инфекций».