Альфа-синуклеин — связующее звено между меланомой и болезнью Паркинсона

Традиционно нейродегенеративные процессы, которые сопровождаются гибелью нейронов, и рак, связанный с неконтролируемой клеточной пролиферацией, рассматриваются как противоположные явления. Однако из любого правила бывают исключения. Многочисленные исследования свидетельствуют о положительной корреляции между болезнью Паркинсона (БП) и меланомой. По разным исследованиям, риск развития меланомы у пациентов с болезнью Паркинсона повышен в 1,4–20 раз, а вероятность возникновения БП при диагностированной меланоме — в 1,7–4,2 раза. Однако причины такой корреляции изучены плохо.

Известно, что при БП и других нейродегенерациях белок альфа-синуклеин (αSyn) образует в цитоплазме клеток включения, называемые тельцами Леви, которые ускоряют гибель нейронов. Присутствие αSyn не ограничено нервной системой, он также имеется в других типах клеток, в том числе в коже. Предыдущая работа ученых из США и Дании выявила потенциальную роль этого белка в репарации двуцепочечных разрывов ДНК (DSB), а значит, в поддержании стабильности генома. Их новая статья в Science Advances описывает, как αSyn регулирует репарацию DSB в ядрышковой ДНК при меланоме.

Изучив распределение αSyn в образцах биопсии первичной меланомы и метастазов в головном мозге, а также нескольких клеточных линиях меланомы и меланоцитов, авторы установили, что он находится преимущественно в ядрышке клеток. При этом локализация αSyn во многом совпадала с локализацией гистона γH2AX — маркера репарации двуцепочечных разрывов ДНК. Более того, клетки меланомы с нокаутом синуклеина содержали больше очагов γH2AX, что говорит о большем количестве DSB. Ингибирование некоторых киназ, фосфорилирующих гистон H2AX с образованием γH2AX, приводило к повышению количества αSyn, указывая на роль последнего в компенсаторном механизме репарации ДНК.

Чтобы проверить предположение о том, что αSyn способствует репарации DSB, ученые индуцировали повреждения ДНК в клетках меланомы с помощью химиотерапевтического препарата блеомицина. Клетки с нокаутом αSyn хуже залечивали двуцепочечные разрывы, о чем свидетельствовал более высокий уровень γH2AX по сравнению с контрольными клетками. Восстановление функции αSyn снижало уровни этого маркера повреждений ДНК.

Затем, чтобы изучить роль αSyn в репарации ДНК непосредственно в ядрышке, ученые применили более узконаправленный подход. С помощью эндонуклеазы I-PpoI или CRISPR-Cas9 они специфично внесли DSB непосредственно в рибосомальную ядрышковую ДНК (рДНК), кодирующую рибосомальные РНК. При этом уровень синуклеина вблизи DSB локально повышался, а нокаутные по αSyn клетки ожидаемо содержали больше очагов γH2AX. Это свидетельствует об ослаблении способности к репарации ДНК в отсутствие αSyn и его непосредственном участии в восстановлении DSB.

Двуцепочечные разрывы в рДНК приводили к масштабной реорганизации ядрышковой структуры, включая формирование «ядрышковых кэпов» (nucleolar caps), которые позволяют компонентам системы репарации связываться с поврежденной ДНК. После восстановления ядрышко возвращалось к своей нормальной структуре и «кэпы» исчезали. В клетках меланомы скорость реорганизации ядрышка и образования кэпов была ниже при нокауте αSyn по сравнению с контрольными клетками, а восстановление функции синуклеина отменяло этот эффект. Таким образом, αSyn играет важную роль в регуляции скорости репарации DSB в рДНК.

Молекулярный каскад клеточного ответа на повреждение ДНК включает связывание с γH2AX белка MDC1, которое индуцирует последующие модификации гистонов и приводит к локализации в DSB следующего важного звена — 53BP1. В клетках меланомы с нокаутом αSyn авторы снижались уровни как 53BP1, так и MDC1. Из-за этого размеры ядер уменьшались, а также нарушалась регуляция клеточного роста — это способствовало усиленной пролиферации, миграции и инвазии клеток. Транскриптомный анализ подтвердил важную роль αSyn в регуляции репарации и восстановлении повреждений ядрышковой ДНК.

Таким образом, обнаруженная роль альфа-синуклеина в репарации двуцепочечных разрывов ядрышковой ДНК объясняет корреляцию между двумя не связанными на первый взгляд диагнозами — меланомой и болезнью Паркинсона.

Мутация, вызывающая болезнь Паркинсона, нарушает контакты между митохондриями и лизосомами