RNDr. Jana Dobrovolná, Ph.D.

Rakovinu signalizují R-smyčky – rozhovor s Janou Dobrovolnou

Lidské tělo obsahuje biliony buněk. Někdy se některá změní v rakovinnou. Jedním z prvních příznaků počátku zhoubného bujení mohou být tzv. R-smyčky. Jejich výzkumem se zabývá Jana Dobrovolná z Ústavu molekulární genetiky Akademie věd ČR. Nyní získala od Nadačního fondu Neuron jeden milion korun na pokračování své vědecké práce.

Jak se zdravá buňka změní v rakovinnou?
Všechny informace na stavbu našich buněk i na jejich fungování jsou uloženy v molekulách DNA. Představte si to jako knihovnu čtyřiceti šesti velkých kuchařek s recepty na všechny komponenty našeho těla. Aby se buňky mohly rozdělit a dát tak vznik novým buňkám potřebným pro náš růst a život, potřebují vytvořit bezchybnou a úplnou kopii celé této knihovny. V každé lidské buňce, velké obvykle jen několik desítek mikrometrů, jsou svinutá celkem přes dva metry dlouhá vlákna DNA. Toto obrovské množství DNA denně čelí různým typům poškození, která jsou průběžně opravována. Problém nastává hlavně tehdy, když buňka nestíhá tyto chyby opravovat a tím se zablokuje proces kopírování DNA. Pokud se přepis DNA zastaví, může docházet k dalším nesprávným opravám a k chybám, které jsou přenášeny do nové generace buněk. Když buňka díky tomu získá nějakou výhodu, začne se rychleji dělit a vznikají nové a nové chyby. Buňka s velkým počtem chyb a následnými problémy s kopírováním DNA prožívá tzv. replikační stres, který spustí kontrolní mechanismy. Ty po čase přinutí buňku k „sebevraždě“, nebo k tomu, aby se již dále nebyla schopna dělit. Organismus se tím chrání před vznikem nádorů a, pokud kontrolní mechanismy fungují správně, buňku s mnoha chybami zničí. Ovšem někdy buňka tyto bariéry prolomí. Replikační stres pak působí opačně, místo sebevraždy vyvolává další a další mutace. Zdravá buňka se změní v rakovinnou, jejímž jediným cílem je pořád se dělit a dělit. Přestože vědci po celém světě intenzivně toto téma studují, přesné mechanismy vzniku rakovinných buněk zůstávají záhadou.

Jaké postupy nabízí medicína při léčbě této choroby?
Záleží samozřejmě na typu rakovinného bujení, ale v zásadě jsou čtyři hlavní směry. Chirurgický zákrok funguje dobře pro primární jasně ohraničený nádor. Pokud se však neprovede včas, mohou vznikat metastázy. Operace se tak často kombinuje s chemoterapií a radioterapií (ozařováním), což jsou v současné době nejčastěji používané léčebné procedury. Tento přístup je zaměřen hlavně na likvidaci buněk, které se rychle dělí. Ničí však nejen zhoubné, ale i zdravé buňky, a má tedy hodně vedlejších účinků. Chemoterapie a radioterapie jsou pro naše tělo velkou zátěží a ne každý tento způsob léčby zvládne. Dále existuje cílená terapie. U některých typů rakoviny už víme, jaké geny jsou poškozené a jaký je hlavní mechanismus toho, že se buňka chová jako rakovinná. Existují léky, které důsledky tohoto specifického poškození potlačují. Například pokud je mutován receptor pro růstový faktor tak, že neustále signalizuje buňce, aby se dělila a rostla, použije se lék na zablokování tohoto receptoru. Často si ale rakovinné buňky najdou způsob, jak vliv léku obejít a získají na něj rezistenci. Takže léčba zpočátku velmi dobře zabírá, ale po nějaké době se může rakovina opět vrátit. Nyní je největší nadějí individuální léčba na míru daného pacienta. Přečtením genů lze zjistit, jaké konkrétní změny v celé knihovně DNA nastaly a podle toho odvodit, jaká kombinace léků bude nejlepší. Další způsob individuální terapie spočívá ve specifické aktivaci pacientova imunitního systému. Pacientovi se odebere kousek nádoru, jehož proteiny jsou předloženy specializovaným buňkám izolovaným z krve téhož pacienta. Tyto buňky dokáží zachytit proteiny z nádoru a vystavit jejich části na svém povrchu. Poté, co se vpraví zpět do těla pacienta, aktivují imunitní systém, který podle nich nádor vyhledá a zabije.

Proč na rakovinu neexistuje univerzální lék?
Pro rakovinné buňky je typické, že nemají jednu jedinou chybu, ale celý soubor. Říkáme tomu genomová nestabilita. Přestože některé typy rakovin jsou spojené s chybou v konkrétním genu, obsahují i řadu další chyb, které rozvoj onemocnění podporují. Každý nádor je úplně jiný, neboť ho vyvolávají různé mutace v různých genech. Variant a kombinací těchto mutací je obrovské množství. Proto se i nádory stejného orgánu, u jednotlivých pacientů podstatně liší. Například oba pacienti mají rakovinu plic, ale každý z nich má jiný soubor chyb a postiženy mohou být různé geny. Z tohoto důvodu neexistuje na rakovinu univerzální lék ani léčebný postup.

Výzkumný projekt vašeho týmu je zaměřen na tzv. R- smyčky. O co jde?
R-smyčka je struktura, kdy se molekula RNA (ribonukleová kyselina zodpovědná za přenos informace z úrovně nukleových kyselin do proteinů – pozn.autora) vmezeří do dvouvláknové DNA. Zatímco RNA s jedním z vláknem DNA vytvoří stabilní hybrid, druhé vlákno DNA je ponecháno samostatné a je tak náchylnější ke zlomům a mutacím. Abych použila analogii s kuchařkou, tak v DNA je recept, který je nejprve potřeba přepsat do RNA. Tedy jako kdyby se recept z knihy přepsal na papírek a teprve ten se odnesl do kuchyně a tam podle něj „uvařil“ požadovaný protein. R-smyčka by pak byla ten papírek s přepisem nalepeným v knize přes původní recept. Kromě chyb, které mohou vzniknout na vychýleném vlákně DNA, spočívá velké nebezpečí R-smyček v tom, že blokují postup kopírování DNA a mohou tak přispět k replikačnímu stresu. Pokud jsou R-smyčky nepřirozeně stabilizovány, může mít buňka nakročeno ke zhoubnému bujení.

Jak dlouho dopředu lze takové signály zachytit?
Je zajímavé, že R-smyčky by se podle publikovaných dat mohly tvořit již v přednádorových buňkách. Ty ještě nejsou zhoubné, ale již získaly určité výhody, které jim umožnují rychlejší dělení bez přísné kontroly. Takže bychom mohli zachytit velmi časná stádia vzniku nádorových onemocnění.

Kdy a jak R-smyčky vznikají?
Obvykle k tomu dojde, když se mechanismus přepisu „receptu“ na papírek (přepis DNA do RNA) zastaví. Například při srážce s komplexem, který zrovna v ten moment molekulu DNA kopíruje (přepis DNA do DNA). Vlákno RNA má tak čas se připojit k DNA. Navíc je DNA při čtení „receptu“ otevřenější a RNA vlákno na ní může snadněji nasednout. Zvláště se to děje pokud chybí nějaký protein, který RNA dále zpracovává a transportuje pryč od DNA. Všechny tyto poznatky vyplynuly z výzkumů mnoha skupin, které se podobně jako my, snaží objasnit příčiny vzniku R-smyček.

Kdy se podařilo R-smyčky v lidském genomu objevit?
V živém organismu byly poprvé popsány v roce 1994, ale dlouho se nevědělo, k čemu slouží. První zprávy o negativním vlivu R-smyček na stabilitu genetické informace a hypotéza, že by se mohly podílet na vzniku rakoviny, se začínají objevovat teprve po roce 2003. Relativně nedávno, v roce 2005, tým profesora Bartka objevil, že přednádorové buňky mají vysokou hladinu replikačního stresu. Zda právě R-smyčky mohou přispívat k tomuto replikačnímu stresu je předmětem našeho bádání.

Existuje v organismu vrozená obrana proti stabilnímu spojení RNA-DNA?
Ano, existuje. Je více proteinů, které se toto spojení dokáží zrušit. Například je to enzym schopný odvinout vlákno RNA ze stabilního spojení s DNA. Velmi důležitý je také enzym schopný rozštípat vlákno RNA specificky v R-smyčce a tak ji odstranit. My jsme upravili tento enzym tak, abychom využili jeho schopnost R-smyčky rozpoznat, ale přitom jsme je mohli stabilizovat, izolovat a určit další proteiny, které na R-smyčkách pracují.

Proč buňky nemají dostatek bílkovin na odstranění R-smyček?
Buďto je zmutován gen, který tyto proteiny produkuje, nebo je poškození větší, než buňka zvládne opravit. V rakovinných buňkách je asi tolik R-smyček, že je buňka nestačí opravovat. Zároveň pokud se na R-smyčce před jejím odstraněním zastaví proces kopírování DNA, může dojít k další sérii poškození DNA.

Jaký je záměr vašeho výzkumu?
Společně s dalšími členy našeho týmu chceme popsat molekulární mechanismy, které vedou nejen ke vzniku R-smyček, ale především k jejich prevenci a odstranění. Naším cílem je identifikovat nové proteiny, které omezují tvorbu a přispívají k likvidaci těchto nebezpečných struktur v lidských buňkách. Výsledky výzkumu mohou vést k lepším diagnostickým postupům, kterými bude možné zjistit, v jaké fázi se nádor nachází a jaká léčba bude nejvhodnější.

Text: Josef Matyáš

Jana Dobrovolná v médiích:

• iHNED.cz Na výzkum nanokrystalů i rakoviny dostanou badatelky milion. Žen ve vědě přibývá, říkají
• iDNES.cz Jak odhalit rakovinu předem podle chybně přepsaného receptu