Фермент POLQ восстанавливает ДНК раковых клеток, неспособных к гомологичной рекомбинации

Ученые из Института Фрэнсиса Крика и других научных центров Великобритании показали, что фермент POLQ обеспечивает репарацию в раковых клетках, которые неспособны восстанавливать ДНК с помощью гомологичной рекомбинации (HDR).

POLQ — это ДНК-полимераза, которая оверэкспрессируется в клетках клетках многих видов рака, в том числе дефицитных по HDR. Она представляет собой крупный белок, состоящий из хеликазного и полимеразного доменов, соединенных неупорядоченным центральным доменом. При этом делеция любого из этих доменов приводит к летальности раковых клеток, не обладающих HDR.

«Есть несколько свойств POLQ, которые делают его интересной целью для изучения в качестве потенциальной Ахиллесовой пяты для лечения различных видов рака, — объясняет Саймон Бултон, старший автор, руководитель научной группой из Института Фрэнсиса Крика. — POLQ в основном экспрессируется в раковых клетках, но практически отсутствует в здоровых клетках. Многие виды рака становятся зависимыми от POLQ в восстановлении повреждений ДНК — ключевого ответа, важного для выживания опухоли».

Исследователи уточнили механизм действия POLQ. Они провели эксперименты на опухолевых клетках с дефицитом гомологичной рекомбинации, вызванной потерей генов BRCA1/2. Нокаут гена POLQ приводил к накоплению одноцепочечных участков ДНК, связанных с репликативным белком A (RPA). Такой же эффект наблюдался при воздействии на клетки без POLQ ингибиторов фермента PARP, вовлеченного в репарацию ДНК.

Ранее ученые показали, что одновременное использование ингибиторов PARP и POLQ приводит к синергетической гибели клеток с дефицитом гомологичной рекомбинации. В новой работе они установили, что такой эффект вызывает усиленное накопление одноцепочечных участков генома. Это означает, что фермент обеспечивает заполнение пробелов в одной из цепей ДНК, образующихся после репликации, если невозможен путь HDR.

Чтобы детально описать механизм работы POLQ, ученые провели ряд биохимических опытов in vitro. Оказалось, что хеликазный домен фермента удаляет с одноцепочечной ДНК белок RPA, освобождая поле для действий полимеразному домену, который достраивает вторую цепь. Кроме того, POLQ катализирует процесс, который ученые назвали пропуском разрыва, опосредованным микрогомологией (microhomology-mediated gap skipping, MMGS). При этом во время заполнения пробелов в цепи ДНК остаются так называемые рубцы — делеции, которые могут формировать особую мутационную сигнатуру в клетках с дефицитом гомологичной рекомбинации. MMGS позволяет обойти некоторые виды повреждений — например, этот механизм не требуется встраивания нуклеотида напротив участка ДНК с аномальной вторичной структурой.

По мнению авторов, работа дает основания считать POLQ перспективной мишенью для противоопухолевой терапии, однако для восстановления полной картины работы этого фермента необходимы дальнейшие исследования.