ZNANSTVENICI su u novoj studiji, objavljenoj u uglednom časopisu Genes & Development otkrili iznenađujuću ulogu dugih nekodirajućih RNA, posebno NEAT1, u stabilizaciji genoma, što bi moglo imati revolucionarnu funkciju u liječenju raka.

Studija je pokazala da visoke razine NEAT1 pomažu stanicama da učinkovitije prepoznaju i popravljaju lomove DNA. Ovo otkriće moglo bi otvoriti put novim terapijama za rak u tumorima s visokim razinama NEAT1. Naime, blokiranjem ove molekule moglo bi se spriječiti da tumorske stanice popravljaju oštećenja svoje DNA, čime bi se pospješilo njihovo odumiranje.

Budući da mnoge terapije za rak, poput zračenja i kemoterapije, djeluju tako da uzrokuju oštećenja DNA, blokiranjem NEAT1 mogli bi se pojačati učinci liječenja i smanjiti otpornost tumora. Ukratko, inhibicija NEAT1 mogla bi oslabiti obranu tumorskih stanica i učiniti ih osjetljivijima na terapije.

Nestabilnost genoma i rizik od bolesti

Svaki put kad se stanica dijeli, DNA je izložen riziku od oštećenja. Da bi obavila svoju diobu, stanica mora kopirati cijeli svoj genetski kod, dug milijardama slova, što ponekad dovodi do pogrešaka. DNA također može oštetiti izlaganje kancerogenim čimbenicima kao što su dim cigarete, sunčeva svjetlost i alkohol, što može povećati rizik od raka.

Nasreću, stanice imaju vrlo raznolike i brojne sustave popravka kojima ispravljaju oštećenja DNA. Ovi mehanizmi pomažu održati stabilnost genoma i osigurati preživljavanje stanica.

No, posljednjih godina sve više studija otkriva povezanost NEAT1 nekodirajuće RNA i razvoja raka. Primjerice, jedna studija nedavno objavljena u časopisu Nature Scientific Reports pokazala je da NEAT1 potiče napredovanje i metastaziranje raka rektuma i debelog crijeva. To sugerira da bi ta molekula mogla biti potencijalni prognostički biomarker koji bi mogao pomoći u dijagnostici ovih tipova tumora, ali, s druge strane, i terapijska meta jer bi blokiranje NEAT1 moglo pomoći u liječenju kolorektalnog karcinoma.

Popravak DNA u novom kontekstu

U novoj studiji tim znanstvenika sa Sveučilišta Julius-Maximilians u Würzburgu (JMU) u Bavarskoj detaljno je proučio jedan od signalnih putova koji otkrivaju i popravljaju pogreške u DNA. Istraživanje je otkrilo novi mehanizam odgovora na oštećenje DNA koji se odvija preko transkripcije RNA. Transkripcija, što doslovno znači "prepisivanje", proces je u kojem stanica koristi DNA kao predložak (šablonu) da bi stvorila molekule RNA, odnosno mRNA (glasničke RNA). Ova mRNA zatim izlazi iz jezgre i ide do ribosoma, gdje se s pomoću procesa translacije (prevođenja) ta informacija koristi za sintezu proteina koji u stanicama obavljaju gotovo sve ključne funkcije - od građe do funkcije.

Voditelj istraživanja dr. Kaspar Burger s Odsjeka za biokemiju i molekularnu biologiju na JMU kaže da se njegov tim u istraživanju usredotočio na takozvane duge, nekodirajuće RNA transkripte.

"Prethodni podaci sugeriraju da neki od njih djeluju kao regulatori stabilnosti genoma", dodao je.

Uloga NEAT1 u tumorima

Njemački tim posebno se pozabavio transkriptom koji je poznat kao NEAT1, a koji se u mnogim tumorskim stanicama nalazi u visokim koncentracijama. Poznato je da NEAT1 reagira na oštećenja DNA i stanični stres, no njegova točna uloga u odgovoru na ta oštećenja do sada nije bila potpuno jasna.

"Naša hipoteza bila je da metabolizam RNA uključuje NEAT1 u odgovor na oštećenja DNA kako bi osigurao stabilnost genoma", rekao je Burger.

Kako bi testirali tu pretpostavku, istraživači su proučavali kako NEAT1 reagira na ozbiljna oštećenja genoma, takozvane lomove dvostrukih lanaca DNA, u stanicama raka kostiju. "Pokazali smo da lomovi dvostrukih lanaca DNA povećavaju i broj NEAT1 transkripata i količine N6-metiladenozinskih oznaka na NEAT1", rekao je Burger.

Modifikacija RNA i povezanost s rakom

Metiladenozinske oznake na RNA transkriptima tema su kojom se znanstvenici bave relativno kratko. To područje spada u epitranskriptomiku - granu biologije koja proučava kako modifikacije RNA sudjeluju u regulaciji ekspresije gena. Metilne skupine pritom imaju ključnu ulogu.

Iznenađujuća uloga NEAT1 u popravku DNA

Eksperimenti Kaspara Burgera i njegovog tima pokazali su da česta puknuća dvostrukih lanaca DNA izazivaju prekomjernu metilaciju NEAT1, što mijenja njegovu strukturu. Rezultat je da se visoko metilirani NEAT1 nakuplja na nekim od tih oštećenja kako bi pomogao prepoznavanju lomova DNA.

Tim je u eksperimentu smanjivanjem razine NEAT1 uspio usporiti odgovor na oštećenja DNA, što je dovelo do povećanja količine oštećenja i odumiranja kanceroznih stanica. Sam NEAT1 ne popravlja oštećenja, međutim, kako je pokazao tim iz Würzburga, on omogućuje kontrolirano otpuštanje i aktivaciju RNA za popravak DNA.

Stanice raka često pojačavaju mehanizme popravka DNA i deaktiviraju procese koji pokreću staničnu smrt, što im omogućuje preživljavanje unatoč velikim oštećenjima. Osim toga, mutacije u genima koji kontroliraju diobu i popravak stanica pomažu tumorima da izbjegnu uništenje terapijama poput zračenja i kemoterapije.

Nove mogućnosti u liječenju raka

Prema riječima autora, spoznaje o ulozi metilacije NEAT1 u prepoznavanju i popravku oštećenja DNA mogle bi otvoriti nove terapijske mogućnosti za liječenje tumora s visokom razinom NEAT1. No, prvo će trebati utvrditi mogu li se ovi rezultati, dobiveni na jednostavnim staničnim modelima, primijeniti i na složenije tumorske modele korištenjem laboratorijskih životinja.

NEAT1 je već neko vrijeme u fokusu

Dr. sc. Marta Popović, voditeljica istraživačke grupe na Institutu Ruđer Bošković, kaže da je NEAT1 dobio ime po tome što je prisutan u jezgri naših stanica u velikom broju molekula (engl. Nuclear-Enriched Abundant Transcript 1).

"NEAT1 je duga nekodirajuća RNA molekula, što znači da ne nosi kod za translaciju proteina. Ova molekula zanimljiva je istraživačima jer veže više od 40 proteina u specifičnim tjelešcima unutar stanične jezgre koja se zovu paraspeckles", kaže Popović.

"NEAT1 se već i ranije smatrao zaštitnikom genoma, jer je bilo poznato da pomaže u popravku lomova DNA. Međutim, mehanizam njegovog djelovanja nije bio poznat do ovog otkrića. Tim dr. Burgera, otkrio je da prisutnost NEAT1 blizu dvostrukih DNA lomova ovisi o enzimu RNA metiltransferaze 3 (METTL3). Kada dođe do loma DNA, ovaj enzim stavlja metilne skupine na NEAT1, što vodi do akumulacije molekula NEAT1 na mjestima dvostrukih DNA lomova. Kada se količina metilnih skupina na NEAT1 poveća, NEAT1 mijenja svoje smatanje i zbog toga se s nje odvaja protein CHD4 koji je inače vezan za NEAT1. Odvajanje CHD4 dovodi do promjena u blizini dvolančanog loma. Ove promjene uključuju acetilaciju histona, proteina oko kojih je DNA omotana, ali točan mehanizam kako to sve pozitivno utječe na popravak dvolančanih lomova još uvijek nije razjašnjen te je predmet daljnjih istraživanja", tumači naša znanstvenica.

Popović i Burger su kolege

Marta Popović je 2018. dobila petogodišnji projekt Hrvatske zaklade za znanost upravo za rad na putevima popravka DNA. Njena grupa bavi se proučavanjem oštećenja DNA i mehanizmima njihova popravka (https://martafry.wixsite.com/popoviclab). Ona i dr. Kasper Burger su kolege sa Sveučilišta u Oxfordu (UK), gdje su oboje bili na poslijedoktorskom usavršavanju od 2015. do 2017. godine.