Фермент POLQ восстанавливает ДНК раковых клеток, неспособных к гомологичной рекомбинации
Нокаут гена POLQ в опухолевых клетках, которые не могут восстановить целостность генома с помощью гомологичной рекомбинации, приводит к накоплению одноцепочечных участков в ДНК после репликации. Ученые показали, что POLQ очищает эти разрывы от репликативного белка A и достраивает их по особому механизму.
Credit: petarg | 123rf.com
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.
Источник
Ondrej Belan, et al. POLQ seals post-replicative ssDNA gaps to maintain genome stability in BRCA-deficient cancer cells. // Molecular Cell 2022, published online 30 November 2022. DOI: 10.1016/j.molcel.2022.11.008