תת-קבוצה קטנה של אתרי DNA פגיעים יכולה להפוך את התאים הסרטניים לרגישים מאוד לתרופות ממוקדות הנקראות מעכבי PARP, כך עולה ממחקר חדש.
בהובלת חוקרים מ-NYU Langone Health ומרכז הסרטן Perlmutter שלה, העבודה נסבה סביב כישלונות של DNA להעתיק את עצמו באתרים מסוימים בשרשרות גנטיות, דבר שעליו לעשות כדי שתאים יתחלקו ויתרבו כחלק מהריפוי והצמיחה. תאים סרטניים תלויים במנגנוני הגנה שהתפתחו כדי להתגבר על כשלים אלה כאשר הם מופעלים על ידי תרופות לסרטן.
פורסם באינטרנט ב ביולוגיה של תא הטבע 5 בנובמבר, המחקר חושף כיצד כשלים בשכפול ה-DNA באתרים קריטיים בכרומוזומים, מבני-העל של החלבון המאכלסים ומספקים גישה ל-DNA, קובעים עד כמה תאים סרטניים פגיעים למעכבי PARP.
צוות המחקר איתר בעיות שכפול באזורי כרומוזומים קריטיים וזיהה את התגובה המגינה השומרת על כשלים בשכפול ה-DNA. חסימת התגובה המגוננת הזו אפשרה להצטבר נזק מקומי שנגרם על ידי טיפולי סרטן, ולסכן את הישרדותם של התאים הסרטניים.
התגלית חושפת כיצד מיקומו של נזק ל-DNA יכול לעצב את תגובת הטיפול ומספקת בסיס לפיתוח סמנים ביולוגיים חדשים של רגישות לתרופות סרטן.
לעתים קרובות אנו חושבים על נזקי DNA במונחים של כמות: יותר נזק פירושו סיכוי גדול יותר להרוג תא סרטני. העבודה שלנו חושפת עקב אכילס גנומי – תת-קבוצה קטנה של אתרים שבהם לבעיות שכפול יכולות להיות השלכות חמורות באופן לא פרופורציונלי. זיהוי האתרים הללו עוזר להסביר במה תלויים תאים סרטניים כדי לשרוד ומדוע טיפול מסוים יכול להיות כל כך יעיל".
אלי רוטנברג, דוקטורט, סופר מתכתב, פרופסור, המחלקה לביוכימיה ופרמקולוגיה מולקולרית, בית הספר לרפואה של ניו יורק גרוסמן
הבנה אילו בעיות שכפול יוצרות תלות במסלול מגן מסוים כדי לתקן אותן דורשת מהחוקרים לזהות את האירועים המולקולריים הבסיסיים. החוקרים זיהו אתרים פגיעים אלה באמצעות הדמיה מולקולרית רגישה במיוחד המאפשרת שיטות וטכנולוגיות מיקרוסקופיה מתקדמות שפותחו במעבדתו של ד"ר רוטנברג.
גישות אלו חזקות במיוחד מכיוון שהן חושפות אירועים מולקולריים שונים בתוך תאים, כולל תת-סוגים של אתרי נזק הקשורים לשכפול, ששיטות אחרות אינן יכולות להבחין בהן בקלות, אמר ד"ר רוטנברג. זה איפשר לחוקרים לאתר היכן מתעוררות בעיות וכיצד התאים מגיבים.
המחקר הנוכחי התמקד ב-ESCO2, חלבון שעוזר לבסס את הקשרים המחזיקים כרומוזומים שזה עתה הועתקו יחד. מסכי CRISPR במודלים של סרטן ריאות בשד ותאים קטנים זיהו את ESCO2 כגורם חזק לרגישות למעכבי PARP. ניסויי המשך הראו שאפילו הפחתה חלקית של ESCO2 הגבירה את הרגישות למעכבי PARP בתאי סרטן המעי הגס, השחלות והריאות.
מעכבי PARP משמשים לטיפול בכמה סוגי סרטן, כולל סרטן שד ושחלות מסוימים עם מוטציות ב-BRCA1 או BRCA2. מוטציות אלו עלולות לפגוע ברקומבינציה הומולוגית, תהליך חשוב של תיקון DNA. לעומת זאת, תאים מדולדלים של ESCO2 הפכו רגישים למעכבי PARP תוך שמירה על תגובת הרקומבינציה ההומולוגית שנבדקה, מה שגרם לחוקרים לחקור מה יצר את התלות שלהם בפעילות PARP.
ההדמיה במחקר החדש גילתה שהפחתת ESCO2 הגבירה מבני DNA יוצאי דופן ומקופלים הנקראים G-quadruplexes, או G4s, שיכולים להפריע להעתקת DNA. הנטל המוגבר התרכז בתת-קבוצה קטנה של אתרי שכפול. אתרים פגיעים במיוחד נמצאים בקטעים חוזרים ונשנים של DNA הגובלים בצנטרומרים הנקראים אזורים פריצנטרומריים, אשר מסייעים להבטיח שהכרומוזומים מופצים בצורה נכונה במהלך חלוקת התא.
"ההדמיה אפשרה לנו לעבור מעבר למדידת נזק על פני תא שלם", אמרה דיפיקה גופטה, PhD, המחברת הראשונה והמשתתפת של המחקר וחוקר פוסט-דוקטורט במעבדתו של ד"ר רוטנברג. "יכולנו לזהות בעיות שכפול עדינות, להבחין בין האתרים המעורבים ולזהות את תגובת ההגנה עליה הסתמכו התאים. זה חשף כיצד קבוצה מוגבלת של אתרים פגיעים יכולה להניע רגישות לתרופות".
תגובת ההגנה הייתה תלויה בפעילות PARP1 וכללה שני חלבונים נוספים: TIMELESS, המסייע בהגנה על שכפול ה-DNA, ו-DDX11, אנזים המסוגל לפרוק מבני G4. עיכוב PARP שיבש תגובה זו בתאים מדולדלים של ESCO2. מבני G4 הצטברו עוד יותר, סינתזת ה-DNA ירדה, והנזק גדל ליד הצנטרומרים. הנזק לכרומוזום שנוצר עזר להסביר מדוע תאים אלו היו רגישים במיוחד לתרופות.
הממצאים מבססים מנגנון המחבר בין בעיות שכפול מקומיות לבין רגישות לתרופות סרטן. הם גם מעלים אפשרות רחבה יותר שטיפולים שמייצרים יותר נזק ל-DNA עלולים להיות קטלניים לתאי סרטן, בין השאר משום שהם מגדילים את הסיכוי לפגוע באתרים גנומיים פגיעים במיוחד. האם עיקרון זה משתרע על הקשרים גנטיים אחרים וטיפולים בסרטן נותר לבדוק.
חבר במרכז לסרטן פרלמוטר, ד"ר רוטנברג עובד בשיתוף פעולה הדוק עם רופאים כדי ליישם גישות אלו על תאים סרטניים שמקורם במטופל ולפתח אותם לשימוש קליני. המטרה היא להבין טוב יותר כיצד פועלות תרופות סרטן ומדוע חולים מגיבים לטיפול או אינם מגיבים לטיפול. על ידי זיהוי דפוסים ספציפיים של מתח שכפול ונזק ל-DNA, הצוות שואף לפתח סמנים ביולוגיים שיכולים לעזור לחזות את התגובה לטיפול ולהנחות טיפולים ממוקדים יעילים יותר.
ד"ר רוטנברג גם מנהל את מרכז הביופוטוניקה מולקולות בודדות של NYU Langone, המספק לחוקרים אחרים גישה לשיטות אלו ולמומחיות הדרושה ליישמן. המחקר נערך במודלים של תאים סרטניים. יש צורך במחקר פרה-קליני וקליני נוסף כדי לקבוע אם תכונות אלו יכולות להנחות החלטות טיפול בחולים.
המחקר היה שיתוף פעולה בין NYU Langone ו-Pfizer. העבודה נתמכה בחלקה על ידי מענקים של המכונים הלאומיים לבריאות R01GM134947, R01AI153040, R01CA247773, R01GM139610 ו-R01ES031658. ד"ר גופטה נתמך על ידי מלגת פוסט-דוקטורט מאגודת מחלת הנטינגטון של אמריקה. המעבדה של ד"ר רוטנברג זוכה גם לתמיכה מפייזר, יוניס פארמה ותרומה של חבקין. מערכות יחסים אלו מנוהלות בהתאם למדיניות NYU Langone.
מחברים נוספים הם Xia Ding, Lianglin Zhang, Kate E. Coleman, Grace Tang, Wei Ting C. Lee, Jon Oyer, Xiaolin Kang, Dana J. Ramms, Ziqi Yu, Todd VanArsdale, David Fenyo, and Tony T. Huang. בעבודה השתתפו חוקרים מבית הספר לרפואה של NYU Grossman ומחקר ופיתוח אונקולוגי של פייזר. דינג נמצא כעת ב- WuXi Biology, חלק מ- WuXi AppTec, ולי נמצא כעת ב- Regeneron Pharmaceuticals.
ג'אנג, אויר, קאנג, ראמס, יו ו-ואנארסדייל הם עובדי פייזר; דינג הוא עובד לשעבר בפייזר.
