Взаимосвязь поддержания внехромосомной ДНК и реакции на повреждение ДНК

Внехромосомная ДНК (ecDNA) — это уникальная форма кольцевой ДНК, существующая вне нормальных хромосом. Она обнаруживается исключительно в опухолевых клетках, часто содержит гены, способствующие развитию рака (онкогены), и выявляется в большинстве случаев рака у человека.

Роль ecDNA в прогрессии опухоли включает усиление генетической гетерогенности, адаптацию опухоли и ухудшение прогноза пациента. Однако молекулярные механизмы репликации и поддержания ecDNA оставались плохо изученными.

Исследовательская группа под руководством профессора Гань Хайюнь из Шэньчжэньского института перспективных технологий Китайской академии наук обнаружила взаимную регуляторную связь между поддержанием ecDNA и реакцией на повреждение ДНК (DDR). Исследование опубликовано в журнале Cell 28 апреля.

Основным препятствием в исследованиях ecDNA был недостаток хорошо контролируемых моделей клеточных линий. Команда преодолела эту проблему, создав две ecDNA-позитивные (ecDNA+) модели клеток с использованием технологии CRISPR, что позволило провести строгое сравнение.

Используя эти модели, команда впервые получила прямое доказательство того, что ecDNA активно реплицируется и стабильно поддерживается в ecDNA+ клетках. Также были идентифицированы ключевые молекулы, участвующие в репликации ecDNA.

Более того, было обнаружено, что репликация ecDNA запускает путь реакции на повреждение ДНК, опосредованный атаксией-телеангиэктазией мутированным белком (ATM). В ecDNA+ клетках наблюдалось увеличение как репликационной, так и транскрипционной активности, что значительно повышало вероятность столкновений реплисом или транскрипционных комплексов с комплексами топоизомеразы и ДНК (TOPCC). Эти столкновения приводили к образованию абортивных TOPCC и двунитевых разрывов ДНК (DSB), что в итоге активировало DDR в ecDNA+ клетках.

Исследование также углубило понимание поддержания ecDNA. Команда выяснила, что путь альтернативного негомологичного соединения концов (alt-NHEJ) необходим для репарации повреждений ДНК, связанных с ecDNA, особенно DSB. Ингибирование ключевых факторов alt-NHEJ, таких как LIG3, нарушало циркуляризацию ecDNA и значительно снижало её уровень в опухолевых клетках. Эти данные указывают, что поддержание ecDNA сильно зависит от пути alt-NHEJ.

Кроме того, команда изучила трансляционные аспекты открытий. Они обнаружили, что ингибирование компонентов DDR специфически вредит ecDNA+ клеткам, которые нуждаются в ecDNA для роста и выживания. Это предполагает, что нацеливание на пути DDR или alt-NHEJ может предложить новую стратегию лечения рака, движимого ecDNA.

«Наша работа даёт представление о роли DDR в динамике и эволюции ecDNA. Она показывает, что опосредованная ATM DDR и alt-NHEJ критически важны для сохранения ecDNA при некоторых видах рака, хотя необходимо больше исследований, чтобы понять влияние ecDNA на гетерогенность опухоли, прогрессию и лекарственную устойчивость. Нацеливание на эти пути может предложить новые стратегии для диагностики, прогноза и лечения опухолей, движимых ecDNA», — сказал профессор Гань.