Vědci purifikovali protein produkovaný genem BRCA2

Ilustrační obrázek: shutterstock.com

Výsledky nové studie, která již byla on-line publikována v odborných časopisech Nature a Nature Structural and Molecular Biology, otevírají nové možnosti detailnějšího porozumění, dokonalejší diagnostiky a možná i léčby karcinomu prsu.

Hlavním autorem článku publikovaného v Nature je profesor Stephen Kowalczykowski, uznávaný odborník na mikrobiologii, který působí na College of Biological Sciences při University of California, a pracuje také v tamním onkologickém centru (UC Davis Cancer Center). Prof. Kowalczykowski vysvětlil: „Již delší dobu je známo, že BRCA2 se podílí na opravách poškozené DNA; zatím však nebylo odhaleno, jakým způsobem během tohoto procesu BRCA2 spolupracuje s ostatními molekulami. Nyní se nám však podařilo purifikovat protein produkovaný tímto genem, proto budeme moci daleko detailněji studovat jeho úlohu.“

Výzkumný tým prof. Kowalczykowského purifikoval protein z lidských buněk, zatímco jiná skupina výzkumníků se vydala alternativní cestou: tým prof. Wolf-Dietricha Heyera, který rovněž působí na katedře mikrobiologie University of California a v UC Davis Cancer Center řídí program molekulární onkologie, využil metod genetického inženýrství a lidský protein vyrobil v buňkách kvasinek. Tato studie byla publikována v Nature Structural and Molecular Biology.

Prof. Heyer potvrdil: „Naše dva přístupy se vzájemně doplňují a oba výzkumné týmy spolu po celou dobu diskutovaly a spolupracovaly. Nyní jsme všichni spokojeni, že můžeme naše výsledky porovnat a zjistit, že mezi nimi nejsou žádné nesrovnalosti.“

Experimenty s proteinem BRCA2 potvrzují, že tato makromolekula hraje významnou úlohu při opravách poškozené DNA. BRCA2 v tomto procesu vystupuje jako mediátor, který pomáhá jinému proteinu – označovanému jako RAD51 – asociovat se s jedním vláknem DNA a stimulovat jeho aktivitu. Jedna molekula BRCA2 přitom může vázat až šest molekul RAD51. Komplex RAD51/DNA pak vyhledá odpovídající řetězec DNA z druhého chromozomu, aby mohla být provedena precizní oprava poškozeného řetězce. Pokud opravný systém BRCA2/RAD51 nefunguje, pak se buňka uchýlí k jiným metodám, které jsou ovšem náchylnější k vzniku chyb.

Prof. Kowalczykowski ještě doplnil: „Tento mechanismus představuje vrchol komplexního mechanismu při opravách DNA. Naše DNA je neustále poškozována i v případě, že se snažíme vyhýbat karcinogenům. Pokud tato poškození nejsou opravena, chyby se začnou hromadit a nakonec mohou vést ke vzniku zhoubného nádoru.“

Gen BRCA2 byl objeven v roce 1994. Mutace v BRCA2 jsou spojovány zhruba s polovinou všech případů familiárního karcinomu prsu a vaječníků (tzn. těch případů, kdy je pozorována dědičná predispozice k tomuto onemocnění) a jsou na nich založeny genetické testy. Purifikace proteinu produkovaného genem BRCA2 je však značně obtížná, jak vysvětlil prof. Kowalczykowski: „Protein BRCA2 je velmi dlouhý, špatně se exprimuje a snadno degraduje.“

Postdoktorand Ryan Jensen z Kowalczykowského laboratoře nejdříve otestoval řadu různých buněčných linií, až nakonec se mu podařilo do jedné lidské buněčné linie vložit gen BRCA2 a exprimovat (tzn. vytvořit) celý protein. Jensen s další postdoktorandkou Aurou Carreirovou pak úspěšně otestovali funkci purifikovaného proteinu na opravě poškozené DNA.

Postdoktorand Ťie Liou z Heyerovy laboratoře zase zjistil, že daleko menší protein – označovaný jako DSS1 – stimuluje BRCA2 k tvorbě funkčních komplexů RAD51/DNA. Liou pak s pomocí svých kolegů Tammy Dotyové a Bryana Gibsona purifikoval lidské proteiny BRCA2 a DSS1 z kvasinek.

Prof. Kowalczykowski nastínil možnosti využití purifikovaného proteinu: „Protein BRCA2 by se dal využít například k výrobě protilátek, které by se pak daly použít jako doplňková metoda k dnešním genetickým testům. Daleko zajímavější možností by však bylo využít tento systém k testování léků, které aktivují či inhibují interakci mezi BRCA2, RAD51 a DNA. Léčba rakoviny je totiž v mnoha případech založena na tvorbě zlomů v DNA; potom lék, který selektivně zablokuje specifický opravný mechanismus DNA (a tím dané buňce prakticky znemožní, aby se vzpamatovala), dokáže zajistit, že léčba bude na tyto buňky lépe zabírat. Tuto strategii již využívá nová skupina léků, tzv. inhibitory PARP (v současné době probíhají klinické studie). Inhibitory PARP jsou však zaměřeny na alternativní opravný mechanismus DNA, který buňky využívají až tehdy, když není k dispozici opravný mechanismus BRCA2.“

„Na proteinu BRCA2 by se dalo studovat například i to, jak různé mutace ovlivňují funkci příslušného genu. Purifikace proteinu BRCA2 představuje pomyslnou špičku ledovce, která nám otevírá cestu k mnoha dalším objevům,“ uzavřel prof. Kowalczykowski.

Reference

1. Jensen RB, Carreira A, Kowalczykowski SC. Purified human BRCA2 stimulates RAD51-mediated recombination. Nature 2010; 467(7316): 678–683. doi: 10.1038/nature09399.
2. Liu J, Doty T, Gibson B, Heyer WD. Human BRCA2 protein promotes RAD51 filament formation on RPA-covered single-stranded DNA. Nature Structural and Molecular Biology 2010; 17(10): 1260–1262. doi: 10.1038/nsmb.1904.

klíčová slova: BRCA2, familiární karcinom prsu, opravný mechanismus DNA