Poznámka redakce: Platinum Highlight články jsou pozoruhodné publikace, které pravidelně vybírá Dr. Craig Reynolds, zástupce ředitele Národního onkologického ústavu, z nedávno vydaných Platinum publikací.
Když Alison Rattrayová a její kolegové z Laboratoře genové regulace a chromozomové biologie (GRCBL) zkoumali mutantní kvasinkovou buňku, kterou izolovali při screeningu, všimli si něčeho zvláštního.
DNA vykazovala „velmi specifické, ale podivné přeskupení“, vysvětlila. Ukázalo se, že toto uspořádání je palindrom DNA, což „otevřelo dveře ke studiu těchto nepolapitelných motivů DNA,“ řekla.
Rattrayová, vědecká pracovnice GRCBL, NCI Center for Cancer Research, uvedla, že ačkoli k jejich objevu došlo před několika lety, jejich skupina pokračuje ve studiu oprav DNA a přestaveb, které vedou k abnormálním opravám, „kvůli spojitosti s některými druhy rakoviny“. Cílem skupiny je lépe pochopit původ těchto přestaveb, dodala.
Rattrayová se významně podílela na výzkumu, o němž informoval časopis BMC Genomics a který popisuje nově vyvinutou metodu skupiny pro celogenomové sekvenování palindromů DNA v nádorové buněčné linii.
Co je to palindrom DNA?“
Palindromická sekvence nukleotidů (které jsou označeny A, T, C nebo G) vzniká, když se komplementární vlákna DNA čtou stejně v obou směrech, a to buď z 5-primárního konce, nebo z 3-primárního konce. Například sekvence GGATCC na jednom vlákně DNA je považována za palindrom, protože sekvence na jejím komplementárním vlákně je CCTAGG.
Vzhledem ke komplementaritě sekvencí se palindromické sekvence mohou také skládat zpět na sebe a vytvářet vlásenkové smyčky nebo křížové smyčky, které jsou vytlačeny z normální dvojité šroubovice, řekl Rattray. „Malé vlásenky nejsou problematické, ale pokud jsou palindromy dlouhé (více než 100 párů bází), narušují normální buněčné procesy, jako je transkripce a replikace,“ vysvětlila.
Některé nádorové buňky vykazují masivní přestavby genomu, které zahrnují genové amplifikace, translokace a delece, a tyto přestavby jsou často spojeny s přítomností palindromu, což naznačuje možnou souvislost mezi palindromem a genovými přestavbami. Jak tyto události vznikají, není dobře známo. Je však známo, že tyto přestavby jsou spojeny s progresí a prognózou rakoviny, uvedl Rattray.
Nová hypotéza genomových přestaveb
Podle Rattraye favorizovaný model, původně navržený před více než 60 lety doktorkou Barbarou McClintockovou, předpokládá, že po přerušení chromozomu se sesterské chromatidy replikují a spojují, čímž vzniká chromozom se dvěma centromerami spojenými palindromem DNA. V McClintockově modelu vede přítomnost dvou centromer k dalším genomovým přestavbám.
Rattrayová však uvedla, že její skupina a další ukázali, že „palindromy DNA jsou nestabilní a mohou samy o sobě vést k přestavbám genomu, což dále naznačuje, že palindromy mohou vznikat nejen fúzí sesterských chromatid, ale také jinými mechanismy, například chybami při replikaci.“
Skupina vyslovila hypotézu, že „v rakovinách, které procházejí masivními přestavbami, jsou buňky náchylné k tvorbě palindromů, a jakmile se vytvoří, nestabilita palindromu vede k dalším přestavbám, včetně amplifikace genů, translokací a delecí,“ řekl Rattray. „Každá genová přestavba je mutagenní a přestavby, které podporují buněčný růst, jako je tomu u rakoviny, budou přirozeně zvýhodněny selekcí.“
Nová technologie identifikuje a charakterizuje palindromy
Vědci vyvinuli technologii, která jim umožní zkoumat nádory s cílem pochopit pravděpodobnost vzniku palindromů v těchto nádorech, uvedl Rattray. Doufají, že se dozvědí, jaké události iniciují tyto nestabilní útvary, a toto nové poznání by mohlo vést k novým způsobům léčby. Skupina podle ní již například zjistila, že některé kvasinkové buňky, které jsou náchylné k tvorbě palindromů, jsou mnohem citlivější než normální buňky na záření i na sloučeniny často používané při léčbě rakoviny, jako je cisplatina.
„V současné době se snažím zavést metody selektivního obohacování palindromů od zbytku buněčné DNA, což umožní větší citlivost při analýze obsahu palindromů v nádorových buňkách,“ uvedla. Při předchozí metodě vědci přišli o spojovací sekvence, které by mohly poskytnout vodítko k původu palindromů, a museli je analyzovat jednu po druhé, vysvětlila. „Nyní jsme ukázali, že platforma PacBio dokáže snadno sekvenovat přes palindrom DNA.“
Rattrayová získala doktorát na Washingtonské univerzitě v Seattlu, kde studovala replikaci retrovirů. Po postdoktorské stáži na Kolumbijské univerzitě, kde studovala rekombinaci DNA a přestavby vyvolané dvouřetězcovými zlomy DNA u kvasinek, nastoupila do NCI ve Fredericku, kde pracovala v laboratoři doktora Jeffreyho Stratherna, vedoucího GRCBL.
Strategie mapování palindromů. (A) Rozložení hustoty čtení v oblasti Chr15q21.1: 47 529 204-47 550 373 zobrazena jako 1-kb bin. (B) Analýza qPCR pro sledování obohacení palindromu a určení směrovosti palindromu Chr15q21.1. Výzkumníci vypočítali míru vyčerpání specifické oblasti sady primerů TaqMan na základě hodnoty Ct před a po protokolu GAPF u vzorků IMR-90 i MCF-7. Násobné obohacení je založeno na porovnání násobné deplece mezi různými sadami primerů (P1, P2, P3 a P4) vzhledem k sekvenci s jednou kopií v genomu (RAD52). Umístění sad primerů TaqMan P1, P2, P3 a P4 je uvedeno v (C), mapa genomové oblasti Chr15: 47 520 000-47 550 000 s restrikčními místy a umístěním primerů. Obrázek z Yang et al., GAP-Seq: a method for identification of DNA palindromes, BMC Genomics 2014, 15:394; doi:10.1186/1471-2164-15-394.
.