Redaktörens anmärkning: Platinum Highlight-artiklar är anmärkningsvärda publikationer som regelbundet väljs ut av Dr. Craig Reynolds, biträdande direktör vid National Cancer Institute, bland de senast publicerade Platinum Publications.
När Alison Rattray och hennes kollegor i laboratoriet för genreglering och kromosombiologi (GRCBL) undersökte en muterad jästcell som de hade isolerat i en screening, märkte de något konstigt.
DNA:t uppvisade en ”mycket specifik, men konstig, omarrangemang”, förklarade hon. Arrangemanget visade sig vara en DNA-palindrom, ”vilket öppnar dörren för att studera dessa svårfångade DNA-motiv”, sade hon.
Rattray, som är forskare vid GRCBL, NCI Center for Cancer Research, sade att även om deras upptäckt inträffade för ett antal år sedan, fortsätter deras grupp att studera DNA-reparation och omarrangemang som resulterar i onormal reparation ”på grund av sambandet med vissa cancerformer”. Gruppens mål är att bättre förstå ursprunget till dessa omarrangemang, tillade hon.
Rattray är en viktig bidragsgivare till den forskning som rapporteras i BMC Genomics och som beskriver gruppens nyutvecklade metod för genomomfattande sekvensering av DNA-palindromer i en cancercellinje.
Vad är en DNA-palindrom?
En palindrom sekvens av nukleotider (som är märkta med A, T, C eller G) uppstår när komplementära DNA-strängar läses på samma sätt i båda riktningarna, antingen från 5-primärändan eller 3-primärändan. Till exempel anses sekvensen GGATCC på en DNA-sträng vara en palindrom eftersom sekvensen på dess komplementära sträng är CCTAGG.
På grund av sekvenskomplementariteten kan palindromiska sekvenser också vikas tillbaka på sig själva och bilda hårnålsslingor eller korsformiga slingor som är utdragna från den normala dubbelhelixen, säger Rattray. ”Små hårnålar är inte problematiska, men när palindromer är långa (mer än 100 baspar) stör de normala cellprocesser som transkription och replikation”, förklarade hon.
Vissa cancerceller uppvisar massiva omarrangemang av genomet, vilket inkluderar genamplifieringar, translokationer och deletioner, och dessa omarrangemang är ofta förknippade med närvaron av en palindrom, vilket tyder på en möjlig korrelation mellan palindromet och genomarrangemangen. Hur dessa händelser uppstår är inte helt klarlagt. Vad man däremot vet är att sådana omarrangemang är förknippade med cancerens utveckling och prognos, säger Rattray.
Ny hypotes om genomisk omarrangemang
Enligt Rattray föreslår den föredragna modellen, som ursprungligen föreslogs för mer än 60 år sedan av Barbara McClintock, Ph.D., att systerkromatider efter ett kromosomavbrott replikeras och smälter samman, vilket skapar en kromosom med två centromerer som är sammanfogade av en DNA-palindrom. I McClintocks modell leder två centromerer till ytterligare genomiska omarrangemang.
Rattray sade dock att hennes grupp och andra har visat att ”DNA-palindromer är instabila och kan leda till omarrangemang av genomet i sig själva, vilket tyder på att palindromer kan uppstå inte bara genom fusion av systerkromatider, utan också genom andra mekanismer, t.ex. replikationsfel.”
Gruppen antog att ”i cancerformer som genomgår massiva omarrangemang är cellerna mottagliga för palindrombildning, och när de väl har bildats leder palindromens instabilitet till ytterligare omarrangemang, inklusive genamplifiering, translokationer och deletioner”, sade Rattray. ”Alla genomläggningar är mutagena, och omläggningar som främjar celltillväxt, som i cancer, kommer naturligtvis att gynnas av urvalet.”
Ny teknik identifierar och karakteriserar palindromer
Forskarna har utvecklat en teknik som gör det möjligt för dem att undersöka tumörer, med målet att förstå sannolikheten för palindrombildning i dessa tumörer, sade Rattray. De hoppas kunna lära sig vilka händelser som initierar sådana instabila bildningar, och denna nya förståelse kan leda till nya behandlingar. Till exempel, sade hon, har gruppen redan fastställt att vissa jästceller som är mottagliga för palindrombildning är mycket känsligare än normala celler för strålning samt för föreningar som ofta används vid behandling av cancer, t.ex. cisplatin.
”För närvarande försöker jag fastställa metoder för att selektivt anrika palindromer från resten av cell-DNA:t, vilket kommer att möjliggöra en större känslighet i analysen av palindrominnehållet i cancerceller”, sade hon. I den tidigare metoden förlorade forskarna de korsningssekvenser som kan ge ledtrådar till palindromernas ursprung och var tvungna att analysera dem en efter en, förklarade hon. ”Vi har nu visat att PacBio-plattformen lätt kan sekvensera genom en DNA-palindrom”, sade hon.
Rattray disputerade vid University of Washington i Seattle, där hon studerade retroviral replikation. Efter ett postdoktoralt stipendium vid Columbia University, där hon studerade DNA-rekombination och omarrangemang inducerade av DNA-dubbelsträngsbrott i jäst, kom hon till NCI i Frederick, där hon arbetade i laboratoriet för Jeffrey Strathern, Ph.D., chef för GRCBL.
Palindrom kartläggningsstrategi. (A) Fördelning av lästäthet i Chr15q21.1: 47 529 204-47 550 373 regionen visas som 1-kb-bins. (B) qPCR-analys för att övervaka palindromberikning och bestämma riktningen för palindromet Chr15q21.1. Forskarna beräknade mängden utarmning av en specifik TaqMan-primersättningsregion baserat på Ct-värdet före och efter GAPF-protokollet i både IMR-90- och MCF-7-prover. Den viktade berikningen baseras på en jämförelse av den viktade utarmningen bland olika primerset (P1, P2, P3 och P4) i förhållande till en enkelkopierad sekvens i genomet (RAD52). Platserna för TaqMan-primeruppsättningarna P1, P2, P3 och P4 anges i (C), karta över genomisk region Chr15: 47 520 000-47 550 000 med restriktionsplatser och primerplatser. Figur från Yang et al., GAP-Seq: a method for identification of DNA palindromes, BMC Genomics 2014, 15:394; doi:10.1186/1471-2164-15-394.
.