Normalne komórki starzeją się i ostatecznie umierają po osiągnięciu maksymalnej długości życia. W tych komórkach telomery, koniec chromosomu, nie mogą być syntetyzowane ze względu na supresję enzymu odwrotnej transkryptazy ludzkiej telomerazy (hTERT), co powoduje skracanie telomerów.

Chociaż związek jest nadal niejasny, wiele badań wykazało, że reaktywacja hTERT powoduje utrzymanie telomerów, co może prowadzić do raka. Tymczasem wykazano, że kilka białek wiążących telomery oddziałuje z kwadrupleksami G.

Ponieważ promotor hTERT zawiera wiele sekwencji tworzących kwadrupleks G, w niedawnym badaniu naukowcy sprawdzali, czy czynnik wiązania powtórzeń telomerów 2 (TRF2) wiąże się z promotorem i czy ma to wpływ na regulację hTERT. Profesor Shantanu Chowdhury, Shalu Sharma, Ananda Kishore Mukherjee, Shuvra Shekhar Roy, Sulochana Bagri, dr Meenakshi Verma, Antara Sengupta, Manish Kumar z Instytutu Genomiki i Biologii Integracyjnej CSIR we współpracy z dr Deo Prakashem Pandeyem Silje Lierem i Gaute Nesse ze Szpitala Uniwersyteckiego w Oslo odkryli mechanizm, w którym pośredniczy czynnik telomerowy regulacji hTERT, ustanawiającej powiązania molekularne między telomerami i telomerazą, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla transformacji nowotworowej, starzenia się i terapii regeneracyjnej, opublikowano w Raporty komórkowe.

Naukowcy zidentyfikowali sekwencję promotora TERT u kręgowców dla kwadrupleksu G. Przeprowadzili także test ChIP (immunoprecypitacja chromatyny) i przeanalizowali go. W międzyczasie, ponieważ TRF2 jest białkiem rzeczywiście wiążącym telomery, PCR telomerów zastosowano jako kontrolę pozytywną dla TRF2 ChIP. Później przeprowadzają seryjne eksperymenty, w tym immunoprecypitację białek, obrazowanie za pomocą mikroskopii immunofluorescencyjnej w celu obliczenia intensywności sygnału TRF2 i hTERT, cytometrię immunoprzepływową, PCR w czasie rzeczywistym, analizy blot, ELISA i kilka innych testów molekularnych.

Profesor Chowdhury i współpracownicy wykazali, że TRF2 oddziałuje bezpośrednio z promotorem hTERT i kontroluje ekspresję hTERT oraz aktywność telomerazy w komórkach nowotworowych i prawidłowych. Odkryli także, że do regulacji transkrypcji hTERT wymagane są zarówno domeny MYB, jak i domeny pierwotne TRF2; TRF2 reguluje stan epigenetyczny chromatyny w promotorze hTERT; Indukowana przez TRF2 rekrutacja kompleksu represora Polycomb (PRC2) do promotora hTERT.

Zespół odkrył, że powiązanie TRF2 z promotorem hTERT nie jest zależne od telomerów, ale od kwadrupleksu G. Ponadto w nowotworach z mutacjami promotora hTERT zajęcie TRF2 zostaje utracone, a stabilizacja kwadrupleksu G za pomocą ligandów przywraca wiązanie TRF2 i tłumienie aktywowanej telomerazy.

Ich odkrycia pomogą lepiej zrozumieć starzenie się, nowotwory, starzenie się komórek i procesy reakcji na uszkodzenia DNA związane z utrzymaniem telomerów i regulacją telomerazy. Główny autor, profesor Chowdhury, powiedział, że: “Przypadek telomerów w chorobie nowotworowej jest szczególnie istotny. Chociaż przetestowanie tego będzie wymagało dalszych prac, na podstawie naszych ustaleń tutaj ustalenie przesłuchu telomerów i telomerazy poprzez TRF2 (telomer wraz z nietelomerowym wiązaniem w promotorze hTERT) może być kluczem do zarządzania telomerami w komórkach nowotworowych.”

Dodał również: „Stosunkowo zwiększony poziom telomerazy i długich telomerów ma kluczowe znaczenie dla utrzymania/przeżycia pluripotencjalnych komórek macierzystych”. Dlatego regulacja hTERT za pośrednictwem TRF2, powiązana z telomerami, może mieć znaczenie w pluripotencji.

Badanie to po raz pierwszy pokazuje, że indukowana przez TRF2 ponowna supresja hTERT w glejaku wielopostaciowym i innych nowotworach przy użyciu ligandów drobnocząsteczkowych oferuje potencjalną możliwość terapeutyczną. Małe cząsteczki zostały dostosowane do wiązania i stabilizacji kwadrupleksów G. „Wyniki te przedstawiają interesujące możliwości opracowania cząsteczek wiążących kwadrupleks G do celów interwencji terapeutycznej w glejaku wielopostaciowym – wyniszczającym raku mózgu” – zauważył prof. Chowdhury. Ponadto wykazano mechanizmy utrzymujące hTERT w stanie stłumionym w normalnych komórkach, których deregulacja spowodowała reaktywację hTERT w komórkach nowotworowych.

„W sumie wyniki te sugerują molekularne powiązania między telomerami i telomerazą, które mogą mieć kluczowe znaczenie dla lepszego zrozumienia wewnętrznych funkcji komórek, w tym transformacji nowotworowej, starzenia się oraz pluripotencji/różnicowania” – powiedział profesor Chowdhury.

Numer czasopisma:

Sharma S, Mukherjee AK, Roy SS, Bagri S, Lier S, Verma M, Sengupta A, Kumar M, Nesse G, Pandey DP, Chowdhury S. Ludzka telomeraza jest bezpośrednio regulowana przez nietelomerową interakcję TRF2-G-quadrupleks. Cell Rep. 2021 maja 18;35(7):109154. DOI: 10.1016/j.celrep.2021.109154. PMID: 34010660.

O Autorach

Dr Shalu Sharma, Ph.D.

Po ukończeniu studiów magisterskich z mikrobiologii, w 2014 roku dr Shalu Sharma dołączyła do dr Shantanu Chowdhury w CSIR-IGIB w celu uzyskania doktoratu. Laboratorium SC bada raka, koncentrując się na biologii telomerów. Zaczęła od zbadania regulacyjnego wpływu telomerów na starzenie się komórek i transkryptomię całego genomu. Stopniowo zainteresowała się zrozumieniem regulacji ludzkiej telomerazy, nadmiernie aktywowanej w ponad 90% nowotworów. Ostatnie odkrycia zespołu badawczego ujawniają, w jaki sposób telomery mogą sygnalizować regulację telomerazy. Jak kliniczne mutacje promotora telomerazy powodują hiperaktywację telomerazy. Na tej podstawie zespół odkrył potencjał małych cząsteczek wiążących się z DNA w zastosowaniach terapeutycznych.

Doktor Ananda K. Mukherjee, Doktorat

Dr Ananda K Mukherjee dołączył jako absolwent do laboratorium dr Shantanu Chowdhury’ego w IGIB w 2014 r., gdzie zapoznał się z biologią telomerów i białkiem wiążącym telomery – TRF2. Zespół dokonał interesującej obserwacji, że niekanoniczne efekty transkrypcyjne TRF2 zależą od długości telomerów. Następnie zauważyli, że TRF2 bezpośrednio tłumi telomerazę, utrzymując histony tłumiące przy użyciu kwadrupleksów G na promotorze genu. Ustalili ponadto, że specyficzne mutacje glejaka zaburzające kwadrupleks G prowadzą do utraty tej regulacji. Obecnie próbuje zrozumieć, w jaki sposób niejednorodność długości telomerów komórek nowotworowych może wpływać na odpowiedź immunologiczną na nowotwór.

Profesor Shantanu Chowdhury, Ph.D.

Shantanu Chowdhury jest obecnie profesorem w CSIR-Instytucie Genomiki i Biologii Integracyjnej w Delhi. Jego zainteresowania badawcze obejmują zrozumienie funkcji niedupleksowych struktur DNA zwanych kwadrupleksami G. Szczególnie w kontroli telomerazy i funkcjonowaniu telomerów w nowotworach. W 2002 roku przeniósł się na swoje obecne stanowisko, gdzie otworzył własne laboratorium. W 2012 roku Shantanu otrzymał nagrodę Shanti Swarup Bhatnagar w dziedzinie nauk biologicznych (najbardziej prestiżowa nagroda naukowa w Indiach). Jest starszym członkiem stowarzyszenia DBT / Wellcome Trust India Alliance i członkiem rady redakcyjnej czasopisma Journal of Biological Chemistry.

Główne zdjęcie: Chowdhury i in https://doi.org/10.1016/j.celrep.2021.109154