Laut einer neuen Studie könnten Krebszellen einen Teil ihrer zerstörerischen Natur einer einzigartigen "Donut-förmigen" DNA verdanken.
Die heute (20. November) in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie ergab, dass sich DNA in einigen Krebszellen nicht wie in gesunden Zellen in fadenförmige Strukturen packt - vielmehr faltet sich das genetische Material zu einem Ring. wie eine Form, die den Krebs aggressiver macht.
"DNA vermittelt Informationen nicht nur in ihrer Reihenfolge, sondern auch in ihrer Form", sagte der Co-Senior-Autor Paul Mischel, Professor für Pathologie an der University of California in San Diego.
Wie Sie sich vielleicht aus dem Biologieunterricht erinnern, ist der größte Teil unserer DNA in den als Chromosomen bekannten Strukturen dicht in den Zellkernen verpackt. Fast alle Zellen haben 23 Chromosomenpaare, von denen jedes aus 1,82 m DNA besteht, die eng um Gruppen von Proteinen gewickelt sind, die als Gerüst dienen.
Diese vollgepackte Struktur ermöglicht es den Molekülen, auf einige Gene zuzugreifen, die die genetischen Anweisungen "lesen" und ausführen, während andere Gene verborgen bleiben. Das Ergebnis ist eine stark regulierte Maschinerie, die die Zelle davon abhält, unerwünschte genetische Anweisungen auszuführen und sich unregelmäßig zu replizieren (neue "Tochterzellen" zu erzeugen).
"Alles, was wir über Genetik gelernt haben, besagt, dass Veränderungen langsam sein sollten", sagte Mischel gegenüber Live Science. Vor Jahren stellten Mischel und sein Team jedoch fest, dass sich Tumore bei einer bestimmten Art von Hirntumor, dem Glioblastom, "mit einer Geschwindigkeit zu verändern schienen, die einfach keinen Sinn ergab". Die Tumorzellen, die sich in Tochterzellen teilten, schienen irgendwie die Expression von Onkogenen zu verstärken - Genen, die eine reguläre Zelle in eine Krebszelle verwandeln können.
Es stellte sich heraus, dass einige dieser amplifizierten Kopien von Onkogenen "sich von den Chromosomen gelöst" hatten, sagte Mischel. Nachdem sie sich von den Chromosomen gelöst hatten, hingen sie an anderen DNA-Stücken in der Zelle, wie die Autoren 2014 in der Fachzeitschrift Science veröffentlichten. Sie fanden dann heraus, dass diese "extrachromosomalen" DNA-Stücke (ecDNA) tatsächlich vorkommen Bei fast der Hälfte der Krebserkrankungen beim Menschen wurden sie jedoch selten in gesunden Zellen nachgewiesen. Dies berichteten die Autoren in einem Artikel, der 2017 in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde.
In dieser neuen Studie haben sie herausgefunden, warum ecDNA so robust ist. Eine Kombination aus Bildgebung und molekularer Analyse ergab, dass diese DNA-Stücke ringförmig um Proteine gewickelt sind, ähnlich der in Bakterien gefundenen zirkulären DNA.
Diese Ringform erleichtert der Zellmaschinerie den Zugriff auf eine Reihe genetischer Informationen - einschließlich der Onkogene - erheblich, so dass sie diese schnell transkribieren und exprimieren können (z. B. eine gesunde Zelle anweisen, krebsartig zu werden), sagte Mischel. Diese einfache Zugänglichkeit ermöglicht es Tumorzellen, große Mengen tumorfördernder Onkogene zu erzeugen, sich schnell zu entwickeln und sich leicht an eine sich ändernde Umgebung anzupassen.
Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass diese Krebszellen im Gegensatz zu gesunden Zellen, die ihre Gene regelmäßig und erwartungsgemäß auf ihre Tochterzellen aufteilen, ihre ecDNA auf zufällige Weise verteilen. Es ist wie "eine Fabrik zum Pumpen von Tonnen und Tonnen von Onkogenen", was dazu führt, dass einige Tochterzellen mehrere Kopien von Onkogenen in einer einzigen Zellteilung erhalten, sagte Mischel.
"Dies ist eine sehr aufregende Studie", sagte Feng Yue, Direktor des Zentrums für Krebsgenomik am Lurie Cancer Center der Northwestern University, der nicht an der Forschung beteiligt war. "Diese Arbeit stellt eine konzeptionelle Weiterentwicklung dar, wie ecDNA zur Onkogenese bei menschlichem Krebs beiträgt."
Mischel und einige der anderen Autoren der Studie sind Mitbegründer von Boundless Bio Inc., einem Unternehmen, das Therapien auf der Basis von Ec-DNA erforscht. Der Co-Autor der Studie, Vineet Bafna, ist ebenfalls Mitbegründer und beteiligt sich an der Firma Digital Proteomics. Die Autoren behaupten jedoch, dass keine der beiden Firmen an dieser Untersuchung beteiligt war.
