Факторы транскрипции C/EBP препятствуют ДНК репарации собственных сайтов связывания в стволовых и раковых клетках

Соматические мутации в регуляторных некодирующих областях генома человека обычно не летальны, но опасны из-за последующих злокачественных трансформаций. Ученые из НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ, Института белка РАН (Пущино), Института общей генетики и Института молекулярной биологии РАН, Сколтеха исследовали мутации в сайтах связывания факторов транскрипции в стволовых клетках, полученных из жировой ткани здоровых доноров.

Факторы транскрипции C/EBP (белки, связывающиеся с энхансером CCAAT — CCAAT-enhancer-binding proteins) — семейство из шести белков, которые при взаимодействии с промоторами участвуют в инициации транскрипции некоторых генов. Исследование их представляет особый интерес, поскольку они вовлечены в регуляцию дифференцировки клеток.

Авторы новой работы обнаружили интересный феномен: участки связывания C/EBP были обогащены некомплементарными нуклеотидными парами GT как в стволовых, так и в злокачественных клетках. К возникновению таких неканонических пар приводит замена С на Т в результате мутации.

В чем может быть причина такой странной колокализации? Известно, что C/EBP предпочитает метилированный цитозин внутри пары CG. Однако предположение, что более активный мутагенез этих сайтов связан с повышенным метилированием, не подтвердилось. Маловероятно также, чтобы фактор транскрипции обладал собственной мутагенной активностью.

Моделирование взаимодействия белка C/EBPβ с ДНК показало, что этот белок прочнее связывается со своим сайтом, если в нем присутствуют «неправильные» пары GT, по сравнению с ДНК, содержащей только канонические пары АТ и GC. Повышенное сродство объясняется дополнительной водородной связью между белком и мутантной ДНК. Анализ связывания C/EBPβ с ДНК in vitro подтвердил результаты моделирования.

В свою очередь, более прочное связывание фактора транскрипции с сайтом, содержащим мутации, экранирует его от белков, отвечающих за репарацию ДНК (исправление мутаций), а это приводит к избирательному накоплению замен С на Т. Таким образом, неканоническое связывание фактора транскрипции с несовершенной спиралью ДНК способствует мутагенезу в участке связывания.

«Интересно, что в дочерних клетках с мутировавшей последовательностью, которую исходно упустила система исправления ошибок, белок C/EBPβ будет связываться достаточно неохотно. Вероятно, что такое нарушение участков связывания C/EBP — еще один неучтенный фактор, затрудняющий адекватную работу стволовых клеток при старении организма или провоцирующий их трансформацию в раковые», — рассказывает старший научный сотрудник Института белка РАН Ирина Елисеева, один из авторов работы и руководитель гранта РНФ, поддержавшего исследование.

Соматический мутагенез сайтов C/EBP в стволовых клетках здоровых людей может способствовать старению или злокачественной трансформации, отмечают авторы в заключении.

«Важно, что точечный мутагенез участков посадки белков C/EBP не ограничивается стволовыми клетками: этот же эффект мы обнаружили и в раковых. Мы предполагаем, что усиленное связывание C/EBP с поврежденным участком ДНК может создать для конкретной раковой клетки короткое “окно возможностей” — от момента замены нуклеотида до ближайшего клеточного деления — в которое она временно приобретает новые свойства, например, дополнительно активирует какой-то ген и избегает действия противоопухолевой терапии. В целом понимание хрупкости участков посадки C/EBP позволяет по-новому взглянуть на конкретные районы генома, где таких участков много, и мотивирует особенно тщательно их анализировать в районах, управляющих работой онкогенов или онкопротекторов», — говорит первый автор работы Анна Ершова (НИИ Физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского; в настоящее время аффилиирована в Тринити-колледже, Дублин, Ирландия).