Открытие белка, способного восстанавливать ДНК и считающегося «Святым Граалем репарации ДНК», потенциально открывает путь к созданию универсальной вакцины против рака, поиск которой долгое время оставался непреодолимой задачей для исследователей. Новое исследование также показывает, что этот белок является «plug and play», то есть теоретически может быть введен в любой орган, что делает его перспективным кандидатом на создание профилактической вакцины против рака.
Белок, получивший название DdrC, был обнаружен в устойчивой бактерии Deinococcus radiodurans, известной своей способностью выживать в экстремальных условиях. DdrC, как оказалось, очень эффективно обнаруживает повреждения ДНК, останавливает их и предупреждает клетку о начале процесса восстановления.
Исследователи из Университета Западного Онтарио (Канада) в ходе эксперимента обнаружили, что вставка гена ddrC в бактерию E. coli сделала ее более устойчивой к повреждениям, вызванным УФ-лучами, повысив ее сопротивляемость более чем в 40 раз. Результаты исследования были опубликованы в журнале .
Уникальный механизм восстановления ДНК с помощью DdrC
Белок DdrC обладает уникальной способностью обнаруживать и восстанавливать повреждения ДНК, как одиночные, так и двойные. Восстановление ДНК с помощью DdrC включает в себя сложный процесс, в ходе которого белок сканирует ДНК в поисках повреждений на одной или обеих нитях. Обнаружив одиночный или двойной разрыв, он связывается с ним и ищет другой разрыв того же типа. Обнаружив два участка повреждения, DdrC обездвиживает их оба, уплотняя сегмент ДНК.
Эти действия не только предотвращают усугубление повреждения, но и дают сигнал клеткам, ответственным за восстановление ДНК, прийти и устранить разрывы. Это действие очень важно, поскольку помогает сохранить генетическую целостность клеток, тем самым снижая риск мутаций, которые могут привести к раку. «Способность DdrC распознавать и восстанавливать разрывы ДНК — это настоящее биохимическое достижение», — объясняет доктор Роберт Сабла, биохимик из лаборатории Canadian Light Source и ведущий автор исследования, в пресс-релизе Университета Саскачевана (Канада).
Одной из наиболее интересных характеристик DdrC является его асимметричная структура, которая позволяет ему особенно эффективно ловить разрывы ДНК. Обнаружив повреждение, белок претерпевает конформационное изменение, которое позволяет ему связываться со вторым разрывом, образуя стабильную восстанавливающую структуру. Этот сложный механизм не только предотвращает дальнейшее повреждение, но и облегчает восстановление другими клеточными механизмами. DdrC как будто действует как агент безопасности, патрулируя ДНК, чтобы нейтрализовать угрозы сразу же после их появления.
На пути к универсальной вакцине против рака?
Последствия этого открытия для лечения рака огромны. В настоящее время первые кандидаты в вакцины против рака, некоторые из которых уже проходят клинические испытания, сталкиваются с рядом проблем, включая выявление антигенов, специфичных для раковых клеток, и стимулирование эффективного иммунного ответа. Способность DdrC напрямую восстанавливать ДНК может позволить разработать настоящие (профилактические) вакцины, нацеленные на механизмы восстановления раковых клеток, и, возможно, даже универсальную вакцину.
Эксперты единодушны в оценке потенциала этого открытия. «Способность перестраивать, редактировать и манипулировать ДНК особыми способами — это Святой Грааль биотехнологий. А что, если бы у вас была сканирующая система, подобная DdrC, которая патрулировала бы ваши клетки и нейтрализовала повреждения в случае их возникновения? Это могло бы стать основой потенциальной вакцины против рака», — говорит Сабла.
Это открытие произошло на фоне последних достижений в области генетической репарации. Например, исследования ингибиторов PARP показали их эффективность в лечении некоторых видов рака за счет блокирования механизмов восстановления ДНК раковых клеток. Однако DdrC предлагает другой подход, восстанавливая разрывы напрямую, что может стать дополнением к существующим методам лечения.
В заключение Cабла отмечает, что DdrC — лишь один из сотен потенциально полезных белков этой бактерии и что дальнейшие исследования могут выявить другие ценные инструменты для восстановления ДНК. Однако, как и в случае с любым другим крупным медицинским прорывом, использование DdrC вызывает этические вопросы. Генетические манипуляции для восстановления ДНК могут также вызвать обеспокоенность по поводу справедливого доступа к лечению и долгосрочных последствий для здоровья населения. В ближайшем будущем исследователи планируют более глубоко изучить бактерию D. radiodurans, чтобы исследовать другие потенциальные механизмы, используемые бактерией для восстановления собственного генома.