TET2 и ингибиторы PARP: уязвимость в копировании ДНК

TET2 и ингибиторы PARP оказались связаны через довольно необычный сбой при копировании ДНК. После обработки олапарибом клетки без нормального TET2 оставляли более длинные следы репликации, но одновременно накапливали больше повреждений. Копирование как будто продолжалось дальше, чем следовало, а за движущейся репликационной машиной оставались незавершённые участки ДНК.

TET2 хорошо известен как один из регуляторов химических меток на ДНК. Мутации этого гена часто встречаются при возрастном клональном кроветворении и различных миелоидных опухолях крови. Ранее уже было замечено, что потеря TET2, в отличие от потери другого часто мутирующего гена DNMT3A, делает клетки чувствительнее к ингибиторам PARP.

Новая работа в Nature Communications предлагает объяснение того, откуда берётся эта уязвимость.

ДНК копируется дальше, но хуже

Исследователи сравнивали клетки с нормальным TET2 и клетки, в которых его функция была нарушена. Особое внимание они уделили репликационной вилке — участку, где двойная спираль ДНК раскрывается и каждая цепь используется как матрица для создания новой.

После добавления ингибитора PARP олапариба в клетках без TET2 репликационные участки становились длиннее. Это могло бы выглядеть как более эффективное копирование, если бы не другая деталь: одновременно возрастало количество разрывов ДНК.

Чтобы понять, что происходит между этими двумя событиями, авторы исследовали только что синтезированную ДНК. Оказалось, что за быстро продвигающейся репликацией остаются одноцепочечные пробелы — места, где одна из новых цепей не была достроена.

Ключевую роль в их появлении играл фермент PRIMPOL. Он способен помогать репликационной машине обходить препятствие: если впереди оказывается повреждённое основание или другой проблемный участок, синтез можно запустить заново чуть дальше. Клетка выигрывает время и продолжает копирование хромосомы, но между старым и новым участком синтеза остаётся пробел.

Когда исследователи подавляли PRIMPOL, характерное накопление таких пробелов в клетках без TET2 уменьшалось.

Как эпигенетическая метка превращается в повреждение

Самая интересная часть работы связывает этот дефект репликации с основной биохимической функцией TET2.

Белки семейства TET участвуют в окислении модифицированных оснований ДНК и тем самым влияют на состояние метилирования генома. При потере TET2 исследователи обнаружили нарушение баланса этих химических модификаций и увеличение количества 5-гидроксиметилурацила, или 5hmU.

Дальше запускается система ремонта оснований. Фермент SMUG1 способен узнавать 5hmU и удалять его из ДНК. После удаления самого основания на его месте остаётся так называемый абазический участок — сахарофосфатный каркас ДНК ещё существует, но информационной «буквы» в нём уже нет.

Авторы показали наличие таких участков с помощью модифицированного анализа отдельных волокон ДНК. Их модель предполагает следующую последовательность: при недостатке TET2 появляется больше проблемных модификаций, SMUG1 превращает часть из них в абазические участки, репликационная машина с помощью PRIMPOL перепрыгивает через эти препятствия, а позади остаются одноцепочечные пробелы.

CRISPR-скрининг добавил к этой цепочке ещё одного участника — APE1, фермент репарации, который разрезает ДНК в районе абазических участков. Его связь с чувствительностью клеток без TET2 позволяет авторам предположить, что часть оставшихся пробелов впоследствии превращается в более серьёзные повреждения и разрывы ДНК. Именно эту полную последовательность авторы рассматривают как механистическую модель; отдельные её звенья экспериментально поддержаны сильнее, чем окончательная причинная цепочка целиком.

Важно и то, что эффект зависел от каталитической функции TET2. Вмешательство в родственные ферменты TET1 и TET3 также меняло выраженность фенотипа, что дополнительно связывает проблему репликации именно с химическими превращениями оснований ДНК, а не просто с присутствием или отсутствием белка TET2.

Почему здесь появляются ингибиторы PARP

PARP-белки помогают клеткам справляться с повреждениями ДНК. Их ингибиторы уже используются в онкологии, особенно там, где опухолевые клетки имеют определённые дефекты систем ремонта ДНК.

Клетки с потерей TET2, судя по новой работе, приобретают другой тип слабого места. Они продолжают репликацию через проблемные участки, но платят за это накоплением одноцепочечных пробелов. На фоне ингибирования PARP эта скрытая нестабильность сильнее переходит в разрывы ДНК и становится токсичной для клетки.

Авторы проверили практическую сторону наблюдения на первичных образцах костного мозга пациентов с миелоидными злокачественными заболеваниями. Наличие мутаций TET2 было связано с большей чувствительностью образцов к ингибированию PARP. Это не клиническое испытание и не доказательство того, что олапариб уже можно считать эффективным лечением TET2-мутантных заболеваний крови: речь идёт об экспериментальной реакции клеток вне организма.

Работа меняет представление о том, чем может быть важна мутация эпигенетического регулятора. Потеря TET2 влияет не только на распределение химических меток и работу генов. Изменённая химия самой ДНК может оставить вполне физический след в процессе её копирования — цепочку незавершённых участков, которая превращается в уязвимость перед ингибиторами PARP.