Journal Club: Characterizing Mutational Signatures in Human Cancer Cell Lines Reveals Episodic APOBEC Mutagenesis
Dr. sc. Mia Petljak prva je autorica rada objavljenog u časopisu Cell ranije ove godine. S ostalim znanstvenicima s Instituta Wellcome Sanger u Cambridgeu te drugim suradnicima identificirala je uzorke DNA oštećenja, tzv. mutacijske otiske, prisutne u više od 1000 tumorskih staničnih linija. Uz identifikaciju mutacijskih otisaka, znanstvenici su također detaljnije opisali jedan od najčešćih uzoraka DNA oštećenja, pronađen u većini vrsta karcinoma i povezan s nespecifičnim imunosnim odgovorom te zaštitom od virusnih infekcija.
Već je dulje vrijeme poznato da je rak bolest uzrokovana mutacijama DNA i da različite vrste mutacija uzrokuju karakteristične mutacijske otiske. 2013. godine znanstvenici s Wellcome Sanger Instituta razvili su matematičke metode kojima je tada identificirano više od 50 otisaka različitih mutagena u DNA iz većine tumorskih tipova. Iako su nekim mutacijskim otiscima određeni uzroci, kao što su pušenje, UV zračenje ili greške u mehanizmu popravka DNA, velik dio mutacijskih otisaka nepoznatog je uzroka, a eksperimentalni modeli za njihovo istraživanje relativno su ograničeni.
Analizom više od 1500 genoma laboratorijskih staničnih modela karcinoma, znanstvenici s Instituta Wellcome Sanger pod vodstvom dr. sc. Mije Petljak i u suradnji s ostalim istraživačkim laboratorijima iz Oxforda, Španjolske, Južne Koreje te SAD-a, pridružili su pojedine mutacijske otiske laboratorijskim stanicama tumora. Time je stvorena knjižnica stanica karcinoma koja omogućuje znanstvenicima da odaberu stanice sa specifičnim mutacijskim otiskom te ih koriste u svrhu istraživanja uzroka mutacija u tumorima. Takva identifikacija uzroka mutacija u tumorima imala bi potencijal za razvoj novih preventivnih metoda, kao i metoda liječenja.
Nakon što je postavljanje knjižnice omogućilo znanstvenicima odabir željenih tumorskih staničnih linija i istraživanje promjena koje nastaju u mutacijskim otiscima tijekom vremena, provedena je eksperimentalna analiza na manjem broju tumorskih staničnih linija. Očekivano, otkriveno je da je nastanak mutacijskih otisaka uzrokovanih vanjskim uzročnicima, kao što su pušenje ili UV zračenje, zaustavljen u staničnim linijama koje nisu izložene tim mutagenima. Međutim, većina ostalih mutacijskih otisaka povezanih s intrinzičnim staničnim procesima i dalje se stvara ujednačenom brzinom.
Iznenađujuće, mutacijski otisci povezani s enzimima iz obitelji APOBEC i njihovom ulogom citidin deaminaze mijenjali su se u kraćim vremenskim intervalima između kojih su bila dulja razdoblja bez promjena. Proces, koji je prvi puta otkriven u ovom eksperimentu, tako je dobio ime epizodna mutageneza. APOBEC enzimi inače prepoznaju zarazu nekim virusima, kao što je HIV, te se aktiviraju kako bi mutirali virus i spriječili njegovo širenje. Uz to, mutacijski otisci povezani s APOBEC enzimima prisutni su u više od 70 posto tipova tumora i predstavljaju otiske jednog od glavnih izvora mutacija u raku dojke, maternice, pluća, jednjaka te glave i vrata. Pronalazak mutacijskih otisaka specifičnih za APOBEC enzime u tumorskoj, odnosno ljudskoj DNA, postavlja teoriju da iz nepoznatog razloga ovi enzimi ponekad izgube kontrolu i mutiraju ljudsku DNA umjesto virusne.
Postojeće teorije za zloćudnu aktivaciju APOBEC enzima uključuju povećanu aktivaciju enzima prilikom upalnih procesa, no točan uzrok ovog fenomena još nije dokazan. Ovo istraživanje otkrilo je neophodne stanične modele karcinoma koji, u epizodnom procesu, skupljaju mutacijske otiske povezane s APOBEC enzimima. Dr. sc. Petljak i suradnici trenutno koriste okarakterizirane stanične modele kako bi pronašli uzroke ovog prevladavajućeg mutacijskog procesa u karcinomu.
Rad je također dostupan u open access verziji, a dodatne informacije i priopćenja istraživača objavljene su na stranici Science Daily.
