Давно известно, что для онкологических заболеваний характерна геномная нестабильность. Ученые связывали это с недостаточной активностью системы ДНК-репарации, которая следит за качеством молекулы, находит и удаляет мутации, склеивает разрывы. Биоинформатики из МФТИ, Сеченовского университета, Института биоорганической химии им М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН совместно с коллегами провели комплексное исследование данного процесса на материале десятков тысяч образцов опухолевой ткани и пришли к фундаментальному открытию, в корне меняющему сложившееся мнение. Оказалось, что практически все рассмотренные опухоли отличались, наоборот, усиленной работой систем репарации. Наблюдаемое усиление систем репарации обслуживает прежде всего неконтролируемо быстрое деление раковых клеток. Но при этом в опухоли блокируется контроль качества получающейся ДНК: подавляется активность важнейшего контрольного механизма, так называемого чекпоинта G2/M, который принимает решение: допустить клетку к делению или уничтожить клетку с поврежденным геномом. Исследование показало, что необходимо разрабатывать новый класс онкопрепаратов, который будет нацелен на высвобождение чекпоинта G2/M, что даст новые перспективы в лечении большинства типов опухолей. Результаты работы опубликованы в журнале DNA repair.
Рак является одной из основных проблем здравоохранения: в 2020 году во всем мире он стал причиной свыше 10 миллионов смертей. Ожидается, что к 2040 году число больных возрастет на 47% и достигнет 28,4 миллиона человек. Процесс накопления мутаций, канцерогенез, тесно связан с мутациями ДНК и потерей контроля над целостностью генома. Одним из основных молекулярных механизмов развития рака считается дефицит репарации ДНК, приводящий к чрезмерному накоплению генетических изменений в клетке. Но лечебная практика много раз подтверждала, что во время лечения репарация очень часто усиливает свою работу и играет на стороне противника: с одной стороны, ограничивает накопление мутаций в опухоли, а с другой — защищает раковую клетку от повреждений ДНК, способствуя выживанию опухоли после лучевой терапии и химиотерапии.
«Таким образом, мы приходим к парадоксу: непонятно, ДНК-репарация — друг или враг. Наша работа впервые помогла ответить на эти вопросы с помощью детального исследования на молекулярном уровне всего комплекса репарационных процессов», — рассказал Антон Буздин, профессор РАН, заведующий лабораторией трансляционной геномной биоинформатики МФТИ.
В ходе исследования группа ученых проверила уровни активации 38 путей репарации ДНК девяти самых распространенных типов рака человека (глиомы, рака молочной железы, колоректального рака, рака легких, щитовидной железы, шейки матки, почки, желудка и поджелудочной железы). Были взяты для изучения профили нескольких тысяч образцов из баз данных, а также около 500 собранных экспериментальных опухолевых образцов.
«Систематизировав и охватив в рамках единого исследования все процессы, связанные с восстановлением ДНК, мы показали, что на самом деле практически для всех опухолей характерна повышенная активность механизмов репарации, даже когда сами гены системы репарации не затронуты никакими мутациями. В то же время мы обнаружили, что при возникновении новообразований блокируется контроль качества самой работы репарации. В нормальном состоянии наши контрольные механизмы решают, надлежащего ли качества ДНК в клетке, и если нет, то следует ли оставить поврежденную клетку в живых или дать ей возможность исправиться. Ей дается время на работу над ошибками и строгий дедлайн. Если репарация не справилась со своей работой, то клетка не может делиться и в ней насильственно запускается механизм клеточной гибели. Именно этот механизм контроля качества, контрольная точка перехода фаз клеточного цикла G2/M, который принимает решение, разрешить клетке делиться или уничтожить ее, как раз и оказывается подавлен в большинстве всех случаев рака», — добавил Антон Буздин.
Ученые предлагают пересмотреть текущие представления о причинах и механизмах развития злокачественных опухолей. Основные механизмы репарации, как показало исследование, в опухолях работают гораздо активнее, чем в норме, хотя раньше предполагалось обратное. Репарация по-прежнему работает и даже выдает повышенное количество «ремонтных работ», но без должного качества. По-видимому, наблюдаемые в опухоли мутации и нестабильность генома происходят как раз из-за снижения работы контроля качества ДНК. Прицельное воздействие на регуляцию молекулярных путей репарации ДНК в опухолях может существенно усилить текущие и будущие терапевтические подходы лечения онкозаболеваний.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РНФ (грант 20–75–10071).
