Клетки постоянно подвергаются повреждению ДНК из-за различных внутренних факторов и факторов окружающей среды. Подсчитано, что клетки могут испытывать до 100 000 повреждений ДНК в день. Одним из наиболее вредных типов повреждений ДНК является двунитевой разрыв ДНК (DSB). Всего один нерепарированный DSB может привести к мутациям или гибели клеток, что вызывает широкий спектр патологий, включая рак, иммунодефицит, преждевременное старение и нейродегенерацию.
Чтобы противостоять множеству возникающих повреждений ДНК, клетки разработали сложную и скоординированную серию шагов, включающих распознавание повреждений ДНК, остановку клеточного цикла и сигнально-индуцированную активацию механизма репарации ДНК — процессы, вместе называемые ответом на повреждение ДНК (DDR). В последние годы был достигнут прогресс в понимании того, как инициируется этот процесс. Однако поздние стадии этого процесса, включая длительную резекцию концов ДНК, изучены недостаточно.
В новом исследовании, опубликованном в Nature Cell Biology, учёные из Бостонского университета, Массачусетской больницы общего профиля (MGH) и Гарвардской медицинской школы идентифицировали несколько ранее не охарактеризованных факторов хроматина (белков, регулирующих экспрессию генов), которые рекрутируются в места повреждения ДНК, включая ген ZNF280A. Важно отметить, что этот ген гемизиготно удалён — то есть одна из двух копий аллелей отсутствует — у подгруппы пациентов с синдромом развития человека, называемым синдромом дистальной делеции 22q11.2.
Интересно, что ген, кодирующий белок ZNF280A, расположен на хромосоме 22 в локусе 22q11.2, том же генетическом локусе, который теряется у подгруппы пациентов с синдромом дистальной делеции 22q11.2. Пациенты, теряющие специфический локус, где расположен ген ZNF280A, имеют относительно тяжёлые клинические особенности, включая микроцефалию (аномально маленькую голову), низкий рост и дефекты роста, глобальную задержку развития, когнитивные нарушения и неправильно функционирующую иммунную систему (иммунодефицит).
Все эти клинические особенности распространены при других заболеваниях человека, вызванных мутациями или делециями в известных генах репарации ДНК. «Основываясь на нашем открытии, что ZNF280A является важным новым белком репарации ДНК, мы были заинтересованы в том, чтобы понять, испытывают ли эти пациенты дефекты репарации ДНК и геномную нестабильность в своих клетках как прямой результат снижения экспрессии ZNF280A, и задались вопросом, может ли это объяснить некоторые из их клинических особенностей», — объясняет соавтор Рауль Мостославский, доктор медицинских наук, научный директор Центра исследований рака семьи Кранца в Массачусетской больнице общего профиля и профессор медицины в Гарвардской медицинской школе.
«На сегодняшний день идентификация факторов хроматина в репарации ДНК была ограничена из-за отсутствия высокопроизводительных методологий скрининга. Более того, традиционные скрининги с использованием малых интерферирующих РНК и более поздние подходы скрининга с использованием технологии CRISPR, оказались сложными в контексте факторов хроматина из-за их важности для жизнеспособности клеток», — объясняет соавтор Томас Л. Кларк, доктор философии, доцент кафедры патологии и лабораторной медицины в BU.
Исследователи использовали инновационный подход к скринингу репарации ДНК, разработанный в лаборатории Мостославского специально для выявления факторов хроматина, которые рекрутируются в места повреждения ДНК. Используя несколько различных, но дополняющих друг друга анализов репарации ДНК, они подтвердили, что ZNF280A важен для репарации DSB.
Затем исследователи инициировали сотрудничество с врачами из Детской больницы Филадельфии, которые являются ведущими экспертами в области синдрома дистальной делеции 22q11.2. В результате они смогли использовать клеточные линии, полученные непосредственно от пациентов с этим синдромом, со специфической делецией в геномном локусе, где расположен ген ZNF280A (22q11.2; LCR22D-LCR22E). В этих клетках обнаружено повышенное повреждение ДНК и дефекты репарации двунитевых разрывов.
Примечательно, что им удалось повторно ввести ZNF280A в эти клетки, что частично устранило дефекты репарации ДНК, подтвердив, что отсутствие ZNF280A является ключевым фактором, вызывающим дефекты репарации ДНК в этих клетках, и что дефектная репарация ДНК, вероятно, является основным фактором, способствующим клиническим особенностям, наблюдаемым у подгруппы пациентов с синдромом дистальной делеции 22q11.2.
Исследователи полагают, что будущие исследования, направленные на понимание того, как регулируется сам ZNF280A, необходимы, поскольку понимание механизмов будет иметь решающее значение для установления того, может ли таргетинг ZNF280A быть жизнеспособным терапевтическим вариантом при заболеваниях, основанных на геномной нестабильности, таких как рак.
Предоставлено Бостонским университетом медицины.