Is het beter om een ​​taak snel uit te voeren en fouten te maken, of om het langzaam maar perfect te doen? Als het erom gaat te beslissen hoe breuken in het DNA moeten worden hersteld, cellen staan ​​voor dezelfde keuze tussen twee belangrijke herstelroutes. De beslissing is belangrijk, omdat de verkeerde keuze nog meer DNA-schade kan veroorzaken en tot kanker kan leiden.

Wetenschappers van het Salk Institute ontdekten dat een klein eiwit genaamd CYREN cellen helpt om op het juiste moment de juiste weg te kiezen. een al lang bestaand mysterie over DNA-herstel ophelderen en onderzoekers een krachtig hulpmiddel bieden dat betere behandelingen voor kanker zou kunnen leiden. Het werk verschijnt in Natuur op 20 sept. 2017.

"Het ophelderen van DNA-herstelroutes is van cruciaal belang om te begrijpen hoe ze soms giftig kunnen zijn, " zegt Jan Karlseder, een professor in Salk's Molecular and Cell Biology Laboratory en de senior auteur van het nieuwe artikel. "Onze ontdekking van de functie van CYREN draagt ​​niet alleen bij aan onze kennis, het geeft ons een nieuw instrument waarmee we mogelijk kanker kunnen bestrijden."

Dubbelstrengs breuken, de ernstigste verwondingen die DNA kan overkomen, kan op twee manieren worden gerepareerd:een snel maar foutgevoelig proces dat bekend staat als NHEJ (niet-homologe end-joining) en een langzamere, foutvrije route bekend als HR (homologe recombinatie). Het snellere pad verbindt gebroken strengen efficiënt met elkaar, maar in het geval van meerdere onderbrekingen kan het de verkeerde twee uiteinden samenvoegen, het veel erger maken voor een cel. Het langzamere pad is foutloos omdat het afhankelijk is van een onbeschadigde DNA-sequentie om de reparatie te begeleiden, maar dit betekent dat het alleen kan werken nadat een cel zijn genetische informatie heeft gekopieerd om te delen. Gezien dat, het snelle pad werkt uitsluitend voordat DNA wordt gekopieerd, hoewel zijn machinerie zo efficiënt en productief is dat wetenschappers zich hebben afgevraagd waarom het de langzamere, nauwkeuriger traject na kopiëren, te. Wetenschappers vermoeden al lang dat iets in die gevallen de snellere optie moet tegenhouden.

Dat iets, het nieuwe werk onthult, is een micro-eiwit genaamd CYREN, die de snellere route remt wanneer een DNA-kopie beschikbaar is voor de langzamere route om te gebruiken. CYREN werd ontdekt door een andere Salk-wetenschapper, Alan Saghatelian, als onderdeel van een inspanning van 2015 om kleine eiwitten te identificeren die "korte ORF-gecodeerde peptiden" of SEP's worden genoemd, waarvan steeds vaker wordt vastgesteld dat ze een cruciale biologische rol spelen.

"We hebben veel van deze peptiden gevonden in onze eerdere studie, maar we wisten niet echt of een van hen belangrijk was totdat het Karlseder-lab erbij betrokken raakte, " zegt Saghatelianus, een professor in de Clayton Foundation Laboratories for Peptide Biology en een van de co-auteurs van het artikel. "Dankzij dit indrukwekkende nieuwe werk, we weten nu dat er enkele echt belangrijke moleculen zijn onder de honderden die we ontdekken."

Saghatelian's onderzoek had gesuggereerd dat CYREN in wisselwerking stond met de hoofdschakelaar van het snellere pad, een eiwit genaamd Ku. Om de exacte aard van de interactie te bepalen, Het team van Karlseder werkte met een gebied van het genoom waar reparatie normaal gesproken wordt onderdrukt om gevaarlijke fusies te voorkomen:de uiteinden van chromosomen, telomeren genoemd. Onderzoekers kunnen telomeren kunstmatig verstoren om het snelle pad te activeren, waardoor het een modelsysteem wordt om de effecten van CYREN te testen.

"Telomeren bieden een geweldig onderzoeksinstrument omdat ze reparatie echt moeten onderdrukken, maar er zijn manieren om de reparatiemachine te activeren, zodat je het op een zeer gecontroleerde manier kunt bestuderen, " zegt Nausica Arnoult, een Salk-onderzoeksmedewerker en eerste auteur van het papier. Het Salk-team deed dat, en ontdekte dat met CYREN aanwezig, er vonden geen reparaties plaats nadat de cel zijn DNA had gekopieerd, wat suggereert dat het de hoofdschakelaar uitschakelt, Ku. Zonder CYREN in de buurt, Ku's snelle route was actief zowel voordat DNA werd gekopieerd als daarna.

Omdat de telomeerexperimenten het team niet veel vertelden over de concurrentie tussen de snelle en langzame paden, Arnoult gebruikte vervolgens moleculaire hulpmiddelen om reparatie in levende cellen met en zonder CYREN te vergelijken. Ze combineerde de DNA-schaar die bekend staat als CRISPR met genen voor fluorescerende eiwitten die zouden worden geactiveerd door reparatie, zodat ze DNA op specifieke manieren kon knippen en aan de daaruit voortvloeiende kleur kon zien welk pad de reparatie had gemaakt. Ze analyseerde ook alle eiwitinteracties die plaatsvonden.

Deze experimenten onthulden dat CYREN zich direct aan Ku hecht om de snelle route te remmen, zowel afhankelijk van de timing (voor of na het kopiëren van DNA) als het type DNA-breuk (glad versus gekarteld, bijvoorbeeld). Zijn activiteit kan zelfs de verhouding tussen snelle en langzame reparaties afstemmen.

"Onze studie toont aan dat CYREN een belangrijke regulator is van de keuze van de DNA-reparatieroute, " zegt Karlseder, die de Donald en Darlene Shiley Chair in Salk bekleedt. "Het werk wijst ook op de opwindende mogelijkheid om mogelijk DNA-schade in kankercellen te introduceren en CYREN te gebruiken om te voorkomen dat ze reparaties uitvoeren."