افزایش طول تلومر جایگزین و جاودانگی سلولی

به گزارش واحد ژنتیک پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، غلبه بر مرگ و میر پرولیفراتیو نشانه بارز توسعه سرطان است. برای اکثر بافت های بدنی طبیعی، ظرفیت تکثیر با از دست دادن تدریجی تکرارهای تلومر در انتهای هر کروموزوم با هر دور تقسیم سلولی محدود می شود. در حدود 10 درصد از سرطان ها، این مانع تکثیر با فعال کردن مکانیزمی به نام طول جایگزین تلومرها (ALT) غلبه می کند، فرآیندی مبتنی بر نوترکیبی که مکانیسم ذاتی ترمیم همسان شناسی (HDR) سلول را به گسترش تلومرها و گسترش تکثیر آن منحرف می کند. جاودانگی از طریق مسیر ALT با کاهش بقای طولانی مدت بیمار در مقایسه با سرطان هایی که با بیان آنزیم تلومراز سنتز کننده تلومر جاودانه می شوند، همراه است.

تقریباً 90 درصد سرطان های ALT حاوی جهش هایی در ATRX یا DAXX9-11 هستند که هیستون H3.3 را در مناطق ژنومی هتروکروماتیک، از جمله تلومرهای این مناطق، رسوب می کنند. علاوه بر این، سلول های سرطانی ALT چندین علامت مولکولی متمایز از جمله تلومرهای ناهمگن و اغلب بسیار طولانی (بیش از 50 کیلوبایت) دارند. DNA تلومری اغلب با پروتئین لوسمی پرومیلوسیتیک (PML) در هسته کلوکالیزه می شود و اجسام PML مرتبط با ALT (APBs) را تشکیل می دهد. ALT، اما نه سلول های سرطانی مثبت تلومراز، دایره های DNA تلومری (CCCTAA) تا حدی تک رشته ای خارج کروموزومی به نام C-circles18 تولید می کنند. ALT دارای ویژگی های کلیدی با مکانیسم نوترکیبی همانندسازی ناشی از شکست (BIR) است که منجر به سنتز تلومر در خارج از فاز S و افزایش نرخ تبادل کروماتید خواهر تلومر (T-SCE)23 می شود. در نهایت، نشان داده شده است که غیرفعال کردن مسیر cGAS-STING حسگر DNA با سرطان های ALT مرتبط است، که احتمالاً به عنوان وسیله ای برای فرار از اتوفاژی ناشی از فعال شدن مسیر سیستم ایمنی ذاتی ایجاد می شود.

چندین مدل از نحوه سرکوب ATRX ALT پیشنهاد شده است، از جمله ارتقای انسجام تلومرهای خواهری، سرکوب ساختارهای نابجای DNA28، ترویج همانندسازی و تعمیر وفادار، حفظ دسترسی مناسب کروماتین و جلوگیری از قابلیت پیوند RNA-2-DNA مبتنی بر هیبرید. از دست دادن ATRX و DAXX نیز می تواند در سرطان های تلومراز مثبت، البته با فرکانس پایین و برخی از فنوتیپ های ALT در خطوط سرطانی مثبت تلومراز که دارای جهش های ATRX هستند، مشاهده شود. در حالی که ATRX به عنوان شایع ترین جهش در سرطان های ALT شناسایی شده است، حذف آن در فیبروبلاست های اولیه تبدیل شده با آنتی ژن T بزرگ SV40 (SV40 LT) فقط تعداد جاودانه سازی از طریق ALT را تا حدود دو برابر نسبت به آنهایی که دارای نوع وحشی ATRX یا DAXX36 هستند افزایش داد، دلالت بر این دارد که تغییرات بیشتری برای القای ALT و جاودانگی سلول ها مورد نیاز است.

محققان به دنبال آزمایش این فرضیه با تولید یک سیستم ژنتیکی قابل حمل مهندسی شده برای حمل جهش های مستعد کننده ALT شناسایی شده توسط سرطان GWAS قبل از آزمایش محرک های اپی ژنتیکی احتمالی برای ALT هستند. برای این منظور، ATRX از نظر ژنتیکی در سلول های بنیادی پرتوان انسانی که در نقطه بازرسی چرخه سلولی و ژن های پاسخ آسیب DNA p16 و TP53 دچار کمبود هستند، غیرفعال می شود. در حالت پرتوان، سلول های دارای کمبود ATRX عمدتاً فاقد ویژگی های ALT هستند و طول تلومر و یکپارچگی ژنوم را مانند سلول های بنیادی معمولی مثبت تلومراز حفظ می کنند. پس از تمایز و خروج از حالت پرتوان، این سلول های حذفی ATRX به سرعت ویژگی های کلیدی ALT، از جمله تلومرهای بلند و ناهمگن شبیه ALT را به دست می آوردند. چنین سلول هایی از نقطه ای که سلول های متبحر ATRX همزمان و ایزوژنیک وارد بحران شدند، تکثیر می شوند. این نتایج نشان می دهد که تغییرات غیر ژنتیکی که در نتیجه تمایز سلول های دارای کمبود ATRX رخ می دهد، می تواند باعث نوترکیبی تلومر و جاودانگی سلولی شود.

کشف اخیر جهش های پروموتر TERT به طور چشمگیری درک ما را در مورد مراحلی که با فعال سازی مجدد تلومراز منجر به جاودانگی سلولی سلول های سرطانی می شود، افزایش داده است. نقشه راه ژنتیکی مشابهی برای چگونگی فعال کردن ALT، دومین مکانیسمی که سرطان ها برای غلبه بر پیری همانندسازی به کار می برند، وجود ندارد. در اینجا، ما یک سیستم کنترل شده ژنتیکی را توصیف می کنیم که مراحل ژنتیکی مرتبط با ALT را خلاصه می کند و در نتیجه ترتیب رویدادها و الزامات جاودانگی وابسته به ALT را حل می کند. به طور خاص، ما نشان می دهیم که حذف ATRX فقط در hESC های فاقد پست بازرسی مجاز است، اما برای القای امضاهای مولکولی سلول های ALT کافی نیست: ترکیب EdU در تلومرهای خارج از فاز S، تشکیل APBs و نگهداری تلومر. در نتیجه، hESCهای دارای نقص ATRX و TERT با ناک اوت مضاعف دچار کوتاه شدن تلومر پیشرونده می شوند و نمی توانند جاودانه شوند. این نشان می دهد که چگونه کوتاه شدن و بحران تلومرها برای تحریک مستقیم ALT کافی نیست.