Белки APOBEC3 генерируют мутации в раковых клетках

Американские ученые сравнили мутагенез, вызываемый белками APOBEC3A и APOBEC3B, в раковых клетках и оценили вклад каждого из них. APOBEC — семейство белков-дезаминаз, которые превращают цитозины в в урацилы. Члены этого семейства известны как редакторы РНК (они вносят мутации в клеточную мРНК или РНК вирусов). Однако они могут быть нацелены и на ДНК, например, для защиты от вирусов с ДНК-геномами. Известно, кроме того, что дезаминазы APOBEC3A и APOBEC3B могут вызывать специфические мутации в геномах раковых клеток.

Мутационные сигнатуры, связанные с APOBEC3 — замены C>T и C>G и/или C>A в тринуклеотидах TCN, где N — любой нуклеотид. (В классификации мутационных сигнатур они обозначены как SBS2 и SBS13 соответственно.)

Сигнатуры, характерные для APOBEC3, обнаружены в 70% типов рака и в 50% всех раковых геномов. Однако механизмы мутагенеза APOBEC3 остаются плохо изученными. В частности, неясен сравнительный вклад APOBEC3A и APOBEC3B. Например, в клетках рака молочной железы часто наблюдается высокая экспрессия белка APOBEC3B вместе с активным дезаминированием, поэтому APOBEC3B используется как терапевтическая мишень. Однако в опухолях часто присутствуют замены С в контексте YTCA (Y - любой пиримидиновый нуклеотид), характерные для другого белка — APOBEC3A. (APOBEC3B предпочитает контексты RTCA, где R — пурин.) Чтобы сделать более эффективными терапевтические стратегии, нацеленные на APOBEC3, важно оценить относительные вклады этих двух ферментов.

Группа под руководством исследователей из Института Бродов и Мемориального онкологического центра Слоана — Кеттеринга сравнила мутационные сигнатуры в геномах 780 клеточных линиях рака и 1843 образцов рака. Клеточные линии и соответствующие типы рака оказались сходными по распространенности сигнатур SBS2 и SBS13, таким образом, эксперимент на культурах клеток должен быть достаточно информативным.

Авторы нокаутировали гены APOBEC3A и APOBEC3B в раковых клетках и затем наблюдали за накоплением мутаций с течением времени. Исследовались клоны 251 клеточных линий, в том числе линии рака молочной железы, В-клеточной лимфомы и рака мочевого пузыря.

Во всех клонах дикого типа наблюдались мутационные сигнатуры, связанные с APOBEC3. Делеция APOBEC3A уменьшила их количество. Еще сильнее подействовало удаление обоих генов, APOBEC3A и APOBEC3B, хотя APOBEC3-связанные мутации не были устранены полностью. Интересно, что делеция APOBEC3B в некоторых клеточных линиях привела к повышению уровня белка APOBEC3A и его мутационной активности.

Ферменты APOBEC3 генерируют замену цитозина на урацил, а дальнейший процессинг урацила определяет, какой нуклеотид в ДНК получится на этом месте. Урацил удаляет гликозилаза, например, UNG или SMUG1, а затем происходит транслезионный синтез ДНК, в результате которого и возникает та или иная замена. Авторы исследования установили, что дв клетках, где ослаблена экспрессия урацилгликозилазы UNG, наблюдалась сигнатура SBS2, но не SBS13. Делеция SMUG1, напротив, привела к более высокой доле мутаций C>A по сравнению с мутациями C>G в контекстах TCN. Потеря транслезионной полимеразы REV1 снизила общее количество APOBEC3-связанных мутаций.

Таким образом, авторы продемонстрировали, что эндогенные деаминазы APOBEC3 генерируют мутации в раковых клетках человека, причем белок APOBEC3A идентифицирован как основной драйвер этих мутаций. APOBEC3B может «сдерживать» APOBEC3A-зависимый мутагенез, внося свои собственные мутации в меньшем объеме.