O DNA dentro de nossas células está sob constante ataque. Uma das formas mais perigosas de dano é a quebra de dupla fita, que ocorre quando ambas as fitas da hélice de DNA são cortadas ao mesmo tempo. Em condições normais, células saudáveis dependem de sistemas de reparo altamente precisos para corrigir esse tipo de dano. No entanto, quando esses sistemas falham, as células podem recorrer a uma opção de reparo de emergência menos confiável. Pesquisadores do Scripps Research agora identificaram quando e como esse processo de reparo de backup é acionado e por que algumas células cancerígenas dependem dele para sobreviver.
As descobertas também sugerem que essa estratégia de sobrevivência poderia ser usada contra tumores que nela dependem.
Tensões de RNA e DNA que Ameaçam a Estabilidade do Genoma
O estudo, publicado na Cell Reports, examinou uma proteína envolvida na desenredar de material genético torcido. Isso inclui estruturas conhecidas como R-loops, que são emaranhados de RNA-DNA que podem interromper a função normal do DNA. Essas estruturas se formam quando o RNA recém produzido não se separa da fita de DNA da qual foi copiado, deixando um lado do DNA exposto e vulnerável.
“Os R-loops são importantes para muitas funções celulares diferentes, mas devem ser rigidamente controlados,” diz a autora sênior Xiaohua Wu, professora do Scripps Research. “Se não forem devidamente regulados, podem se acumular a níveis prejudiciais e causar instabilidade no genoma.”
O Papel do SETX no Câncer e em Doenças Neurológicas
Os pesquisadores se concentraram em uma proteína helicase, parte de um grupo de motores moleculares que desenrolam o material genético emaranhado, conhecida como senataxin (SETX). Alterações no gene SETX já estão ligadas a distúrbios neurológicos raros, incluindo ataxia e uma forma de esclerose lateral amiotrófica (ELA). As mesmas mutações também aparecem em certos cânceres 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 faltando ou defeituoso?
Uma Crise Celular Aciona o Reparação de Emergência
Para encontrar respostas, a equipe de Wu estudou células sem SETX que apresentavam níveis incomumente altos de R-loops. Eles então observaram o que acontecia quando quebras de dupla fita se formavam nesses locais emaranhados. Como esperado, as células acumularam danos significativos ao DNA. O que surpreendeu os pesquisadores foi a forma agressiva como as células reagiram.
“Ficamos surpresos, mas animados ao descobrir que a célula ativa um mecanismo de reparo de emergência chamado replicação induzida por quebra (BIR),” diz Wu.
Replicação Induzida por Quebra como um Sistema de Backup
Normalmente, a BIR ajuda a resgatar forquilhas de replicação de DNA paradas. Ela também pode atuar como uma opção de reparo alternativa para quebras de dupla fita. Em vez de fazer pequenas correções precisas, a BIR copia longas extensões de DNA para reconectar peças quebradas. Essa cópia rápida e extensa permite que as células sobrevivam a danos severos, mas tem um custo.
“É como uma equipe de reparo de emergência que trabalha intensivamente, mas comete mais erros,” diz Wu.
Os pesquisadores descobriram que, sem o SETX, os R-loops se acumulam diretamente nos locais das quebras de DNA. Esse acúmulo interfere nos sinais de reparo normais da célula. Como resultado, as extremidades do DNA quebrado são excessivamente aparadas, expondo longas seções de DNA de fita simples. Essas regiões expostas atraem a maquinaria da BIR, incluindo o PIF1, uma helicase essencial para a operação da BIR. Juntas, o DNA exposto e o PIF1 atuam como um gatilho que inicia o processo de reparo da BIR.
Uma Vantagem de Sobrevivência que Cria uma Vulnerabilidade
Embora a BIR seja propensa a erros, ela permite que células deficientes em SETX sobrevivam. Com o tempo, no entanto, essas células se tornam dependentes da BIR para reparar danos ao DNA. Se essa rota de reparo for bloqueada, as células perdem a capacidade de consertar quebras de dupla fita e morrem. Esse tipo de vulnerabilidade é conhecido como letalidade sintética, um princípio já utilizado em vários tratamentos de câncer direcionados.
A equipe de Wu descobriu que as células deficientes em SETX são especialmente dependentes de três proteínas relacionadas à BIR: PIF1, RAD52 e XPF.
“O importante é que essas não são essenciais em células normais, o que significa que poderíamos matar seletivamente tumores deficientes em SETX,” diz Wu.
Da Descoberta à Terapia Potencial
Embora as descobertas apontem para uma estratégia promissora, Wu alerta que as aplicações clínicas levarão tempo.
“Estamos agora explorando maneiras de inibir esses fatores da BIR, tentando encontrar aqueles com a atividade certa e baixa toxicidade,” acrescenta.
A equipe também está investigando quais cânceres acumulam os níveis mais altos de R-loops e sob quais condições. Identificar os tumores mais propensos a responder às terapias direcionadas à BIR será um próximo passo importante.
Embora a deficiência de SETX em si seja relativamente rara, muitos cânceres acumulam R-loops por meio de outras vias, incluindo ativação de oncogenes ou sinalização hormonal, como o estrogênio em certos cânceres de mama. Isso significa que a abordagem pode ser relevante para uma gama muito mais ampla de tumores, não apenas aqueles com mutações no SETX.
Além de Wu, os autores do estudo “A replicação induzida por quebra é ativada para reparar quebras de dupla fita associadas a R-loops em células deficientes em SETX” incluem Tong Wu, Youhang Li, Yuqin Zhao e Sameer Bikram Shah do Scripps Research; e Linda Z. Shi da Universidade da Califórnia em San Diego.
Este trabalho foi apoiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (subsídios GM141868, CA294646, CA244912 e CA187052).
