O DNA dentro de nossas células está sob constante ataque. Uma das formas mais perigosas de dano é a quebra da fita dupla, que ocorre quando ambas as fitas de uma hélice de DNA são cortadas ao mesmo tempo. Em circunstâncias normais, as células saudáveis dependem de sistemas de reparação altamente precisos para reparar este tipo de dano. No entanto, quando estes sistemas precisos falham, as células podem reverter para uma opção de emergência menos fiável. Os pesquisadores da Scripps Research determinaram agora quando e como esse processo de reparo de backup é acionado e por que algumas células cancerígenas dependem dele para permanecerem vivas.
As suas descobertas também mostram que esta estratégia de sobrevivência pode ser voltada contra tumores que dela dependem.
Emaranhados de RNA-DNA que ameaçam a estabilidade do genoma
Um estudo publicado em Relatórios de célulasinvestigou uma proteína envolvida no desenrolamento de material genético distorcido. Isto inclui estruturas conhecidas como R-loops, que são emaranhados de RNA-DNA que podem perturbar a função normal do DNA. Estas estruturas formam-se quando o ARN recém-criado não consegue separar-se da cadeia de ADN da qual foi copiado, deixando um lado do ADN aberto e vulnerável.
“Os R-loops são importantes para muitas funções celulares diferentes, mas devem ser rigorosamente controlados”, diz o autor sênior Xiaohua Wu, professor da Scripps Research. “Se não forem devidamente regulamentados, podem acumular-se em níveis prejudiciais e causar instabilidade no genoma”.
O papel do SETX no câncer e doenças neurológicas
Os pesquisadores se concentraram na proteína helicase, que faz parte de um grupo de motores moleculares que desenrolam o material genético emaranhado conhecido como xenotoxina (SETX). Alterações no gene SETX já foram associadas a doenças neurológicas raras, incluindo ataxia e uma forma de esclerose lateral amiotrófica (ELA). As mesmas mutações aparecem em alguns tipos de câncer de útero, pele e mama. Essa conexão levantou uma questão importante. Como as células cancerígenas lidam com o estresse causado pelo excesso de R-loops quando o SETX está ausente ou com defeito?
Crise de telefonia celular exige reparos urgentes
Para encontrar respostas, a equipe de Wu estudou células sem SETX, que mostraram níveis incomumente altos de R-loops. Eles então observaram o que acontece quando se formam quebras de fita dupla nesses locais emaranhados. Como esperado, as células acumularam danos significativos no DNA. O que surpreendeu os pesquisadores foi a agressividade com que as células responderam.
“Ficamos surpresos, mas satisfeitos, ao descobrir que a célula aciona um mecanismo emergencial de reparo do DNA chamado replicação induzida por quebra (BIR)”, diz Wu.
Replicação induzida por falha como sistema de backup
Em circunstâncias normais, o BIR ajuda a resgatar garfos de replicação de DNA paralisados. Também pode atuar como uma opção de reparo de backup para quebras de fita dupla. Em vez de pequenos reparos precisos, o BIR copia longos trechos de DNA para reunir os pedaços quebrados. Esta cópia rápida e extensa permite que as células sobrevivam a danos graves, mas tem um preço.
“É como uma equipe de reparos de emergência que trabalha duro, mas comete mais erros”, diz Wu.
Os pesquisadores descobriram que sem SETX, as alças R se acumulam diretamente nos locais das quebras do DNA. Esse acúmulo interfere nos sinais normais de reparo da célula. Como resultado, as extremidades quebradas do DNA são excessivamente aparadas, expondo longos trechos de DNA de fita simples. Essas regiões expostas atraem o maquinário BIR, incluindo o PIF1, uma helicase importante para a operação do BIR. Juntos, o DNA exposto e o PIF1 atuam como um gatilho que inicia o processo de reparo do BIR.
Uma vantagem de sobrevivência que cria uma fraqueza
Embora sujeito a erros, o BIR permite que células deficientes em SETX sobrevivam. No entanto, com o tempo, estas células tornam-se dependentes do BIR para reparar danos no ADN. Quando esta via de reparação é bloqueada, as células perdem a capacidade de reparar quebras na cadeia dupla e morrem. Este tipo de vulnerabilidade é conhecido como letalidade sintética, um princípio já utilizado em diversas terapias direcionadas ao câncer.
A equipe de Wu descobriu que as células deficientes em SETX são particularmente dependentes de três proteínas relacionadas ao BIR: PIF1, RAD52 e XPF.
“É importante ressaltar que eles não são essenciais nas células normais, o que significa que podemos matar seletivamente tumores deficientes em SETX”, diz Wu.
Da descoberta à terapia potencial
Embora os resultados apontem para uma estratégia promissora, Wu adverte que a aplicação clínica levará tempo.
“Estamos agora estudando formas de inibir esses fatores BIR, tentando encontrar fatores com atividade adequada e baixa toxicidade”, acrescenta.
A equipa também está a investigar quais os cancros que acumulam os níveis mais elevados de R-loops e em que condições. O próximo passo fundamental será identificar os tumores com maior probabilidade de responder à terapia direcionada ao BIR.
Embora a deficiência de SETX por si só seja relativamente rara, muitos cancros acumulam a ansa R através de outras vias, incluindo a activação de oncogenes ou sinalização hormonal, como o estrogénio em alguns cancros da mama. Isto significa que esta abordagem pode ser relevante para uma gama muito mais ampla de tumores, não apenas para tumores com mutações SETX.
Além de Wu, os autores do estudo, Replicação Induzida por Quebra é Ativada para Reparar Quebras de Fita Dupla Associadas ao R-Loop em Células Deficientes em SETX, incluem Tong Wu, Yuhan Li, Yuqin Zhao e Samira Bikram Shah da Scripps Research; e Linda Z. Shea, da Universidade da Califórnia, San Diego.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (subsídios GM141868, CA294646, CA244912 e CA187052).
