Naukowcy odkryli, w jaki sposób interakcje między RNA a niezbędnym enzymem TOP1, który jest nadmiernie ekspresjonowany w wielu ludzkich nowotworach, regulują DNA podczas transkrypcji i mogą pomóc w opracowaniu nowych terapii nowotworowych, zgodnie z badaniem Northwestern Medicine opublikowanym w Komórka molekularna.

„To badanie oferuje nowe spostrzeżenia mechanistyczne, które mogą utorować drogę do opracowania nowych chemioterapeutyków poprzez ukierunkowanie interfejsu wiążącego RNA za pomocą małych związków. Nasze odkrycia ujawniają, że hamowanie wiązania RNA TOP1 może działać podobnie do dobrze znanych inhibitorów TOP1, takich jak kamptotecyna, poprzez zwiększanie kompleksów katalitycznych TOP1 na DNA. Takie podejście może wywołać niestabilność genomową i potencjalnie zwiększyć naszą zdolność do zabijania komórek nowotworowych” — powiedziała Shannon Lauberth, dr, adiunkt biochemii i genetyki molekularnej oraz starsza autorka badania.

„Dzięki opracowaniu leków, które mogą precyzyjnie kontrolować wiązanie i uwalnianie RNA związanego z TOP1, możemy zwiększyć skuteczność istniejących terapii nowotworowych, a także poczynić znaczące postępy w opracowywaniu nowych terapii” – powiedział dr Kouki Abe, adiunkt w laboratorium Lauberth i współautor pierwszego badania.

Topoizomeraza I (TOP1) to enzym znany ze swojej roli w zapobieganiu niestabilności genomicznej poprzez łagodzenie naprężeń skrętnych w DNA poprzez wprowadzanie przejściowych pęknięć pojedynczych nici. Według Laubertha ten proces relaksacji DNA zapobiega gromadzeniu się naprężeń superzwiniętych i skrętnych, które mogłyby w przeciwnym razie prowadzić do uszkodzenia DNA i niestabilności.

„Jeśli ten proces nie zachodzi, transkrypcja może zostać zahamowana, co prowadzi do pęknięć dwuniciowego DNA i niestabilności genomowej. Może to spowodować śmierć komórki i wywołać apoptozę” — powiedział Lauberth, który jest również członkiem Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center of Northwestern University.

W komórkach nowotworowych transkrypcja DNA jest często podwyższona, co wymaga zwiększenia poziomu aktywności TOP1 w celu rozluźnienia DNA i utrzymania prawidłowej ekspresji genów, ale podstawowe mechanizmy regulujące aktywność TOP1 pozostają niejasne.

Stosując kombinację technik sekwencjonowania i testów wiązania RNA in vitro, badacze odkryli, że TOP1 wiąże się z RNA i że większość tych RNA to mRNA, które niosą informację genetyczną niezbędną do syntezy białek.

Następnie badacze starali się lepiej zrozumieć, dlaczego TOP1 wiąże się z RNA w odniesieniu do jego zasadniczej roli w rozluźnianiu DNA. Wykorzystując eksperymenty z superzwijaniem DNA, testy pojedynczych cząsteczek z użyciem pęsety magnetycznej i zaawansowane metody sekwencjonowania, badacze zbadali aktywność katalityczną TOP1 i sposób, w jaki wspiera ona interakcje zarówno z DNA, jak i RNA.

Odkryli, że RNA przeciwdziała działaniu TOP1, a co ważne, ponieważ polimeraza RNA II – kompleks wielobiałkowy, który przepisuje DNA na mRNA – aktywowała proces transkrypcji.

„Nasze badanie odkrywa unikalny mechanizm, w którym RNA moduluje relaksację DNA zależną od TOP1, odgrywając tym samym kluczową rolę w regulacji transkrypcji. Poprzez identyfikację TOP1 jako białka wiążącego RNA, badanie to dostarcza nowych spostrzeżeń na temat wzajemnego oddziaływania między RNA i DNA podczas transkrypcji”,
Mannan Bhola, doktor, analityk danych w laboratorium Lauberth i współautor pierwszego badania.

Praca ta była wspierana przez grant NIH/National Institute of General Medical Sciences R35 GM128900 oraz środki finansowe przekazane przez Lurie Cancer Center.