O DNA dentro de nossas células está constantemente sob ataque. Uma das formas mais perigosas de dano é a quebra da fita dupla, que ocorre quando ambas as fitas da hélice do DNA são cortadas simultaneamente. Em circunstâncias normais, as células saudáveis dependem de sistemas de reparação altamente precisos para reparar estes danos. No entanto, quando estes sistemas precisos falham, as células podem recorrer a opções de emergência menos fiáveis. Pesquisadores da Scripps Research determinaram agora quando e como esse processo de reparo de backup é acionado e por que algumas células cancerígenas dependem dele para sobreviver.
As suas descobertas também sugerem que esta estratégia de sobrevivência poderia ser usada para combater tumores que dela dependem.
Emaranhados de RNA-DNA que ameaçam a estabilidade do genoma
O estudo foi publicado em relatório de célulaexaminou uma proteína envolvida no desvendamento de material genético distorcido. Isso inclui estruturas chamadas R-loops, que são emaranhados de RNA-DNA que podem interromper a função normal do DNA. Estas estruturas formam-se quando o ARN recentemente produzido não consegue separar-se da cadeia de ADN que o copia, deixando um lado do ADN exposto e vulnerável.
“Os loops R são importantes para muitas funções celulares diferentes, mas devem ser rigorosamente controlados”, disse o autor sênior Xiaohua Wu, professor da Scripps Research. “Se não forem devidamente regulamentados, podem acumular-se em níveis prejudiciais e causar instabilidade genómica”.
O papel da SETX no câncer e nas doenças neurológicas
Os pesquisadores se concentraram em uma proteína helicase que faz parte de um conjunto de motores moleculares que podem desembaraçar o material genético, chamado senataxina (SETX). Alterações no gene SETX têm sido associadas a distúrbios neurológicos raros, incluindo ataxia e uma forma de esclerose lateral amiotrófica (ELA). As mesmas mutações também são encontradas em alguns tipos de câncer de útero, pele e mama. Esta conexão levanta uma questão importante. Como as células cancerígenas respondem ao estresse causado pelo excesso de R-loops quando o SETX está ausente ou com defeito?
Crise celular desencadeia reparo de emergência
Para descobrir, a equipe de Wu estudou células deficientes em SETX que apresentavam níveis anormalmente elevados de R-loops. Eles então observaram o que aconteceu quando quebras de fita dupla se formaram nesses locais emaranhados. Como esperado, as células acumularam danos significativos no DNA. Os pesquisadores ficaram surpresos com o fato de as células terem respondido de forma tão positiva.
“Ficamos surpresos, mas entusiasmados, ao descobrir que as células ativaram um mecanismo emergencial de reparo do DNA chamado replicação induzida por quebra (BIR)”, disse Wu.
Interrupção causada pela replicação como sistema de backup
Normalmente, o BIR ajuda a resgatar garfos de replicação de DNA paralisados. Também pode servir como uma opção de reparo de backup para quebras de fita dupla. Em vez de fazer reparos pequenos e precisos, o BIR copia longos trechos de DNA para reunir os segmentos quebrados. Esta replicação rápida e extensa permite que as células sobrevivam a danos graves, mas tem um custo.
“É como uma equipe de resgate. O trabalho é intenso, mas também há muitos erros”, disse Wu.
Os pesquisadores descobriram que sem SETX, os loops R se acumulam diretamente nos locais de quebra do DNA. Esse acúmulo interfere nos sinais normais de reparo das células. Como resultado, as extremidades quebradas do DNA são aparadas demais, expondo longos trechos de DNA de fita simples. Estas regiões expostas atraem máquinas BIR, incluindo PIF1, uma helicase necessária para a operação do BIR. O DNA exposto e o PIF1 atuam juntos como um gatilho para iniciar o processo de reparo do BIR.
Vantagens de sobrevivência criam desvantagens
Embora o BIR seja propenso a erros, ele permite que células deficientes em SETX sobrevivam. No entanto, com o tempo, estas células tornam-se dependentes do BIR para reparar danos no ADN. Se esta via de reparação for bloqueada, as células perdem a capacidade de reparar quebras na cadeia dupla e morrem. Este tipo de vulnerabilidade é conhecido como letalidade sintética, e o princípio é usado em uma variedade de tratamentos direcionados ao câncer.
A equipe de Wu descobriu que as células deficientes em SETX são particularmente dependentes de três proteínas relacionadas ao BIR: PIF1, RAD52 e XPF.
“É importante ressaltar que estes não são necessários para células normais, o que significa que podemos matar seletivamente tumores deficientes em SETX”, disse Wu.
Da descoberta à terapia potencial
Embora as descobertas sugiram que esta é uma estratégia promissora, Wu adverte que a aplicação clínica levará tempo.
“Estamos agora explorando formas de inibir esses fatores BIR, tentando encontrar fatores com atividade apropriada e baixa toxicidade”, acrescentou.
A equipa também está a estudar quais os cancros que acumulam os níveis mais elevados de R-loops e em que condições. Identificar os tumores com maior probabilidade de responder às terapias direcionadas ao BIR será o próximo passo fundamental.
Embora a deficiência de SETX em si seja relativamente rara, muitos cancros estabelecem alças R através de outras vias, incluindo a activação de oncogenes ou sinalização hormonal, como o estrogénio em alguns cancros da mama. Isto significa que a abordagem pode ser aplicável a uma gama mais ampla de tumores, não apenas àqueles com mutações SETX.
Além de Wu, os autores do estudo “Ativando a replicação induzida por quebra para reparar quebras de fita dupla associadas ao loop R em células deficientes em SETX” incluem Tong Wu, Youhang Li, Yuqin Zhu e Sameer Bikram Shah da Scripps Research; e Linda Z. Shi, da Universidade da Califórnia, San Diego.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (subsídios GM141868, CA294646, CA244912 e CA187052).
