Naukowcy mogli znaleźć „najlepszy czas” na podawanie leków chemioterapeutycznych
Według najnowszych badań nad zegarami biologicznymi i naprawą DNA najlepszą porą dnia na podanie leku do chemioterapii cisplatyny osobom chorym na raka może być czas, gdy ich zdrowa tkanka jest zajęta naprawą uszkodzonego DNA.
Badanie, obecnie opublikowane w PNAS, jako pierwsza mapuje naprawę DNA w całym genomie ssaka w ciągu 24 godzin po podaniu cisplatyny.
Naukowcy odpowiedzialni za badanie zmapowali naprawę DNA w genomie myszy, identyfikując określone geny i czasy.
„Odkryliśmy”, wyjaśnia starszy autor badania Aziz Sancar, profesor biochemii i biofizyki na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill, „[że] istnieje blisko 2000 genów, których różne części są naprawiane w różnym czasie dnia, w zależności od genu. ”
W przypadku myszy wydaje się, że najbardziej pracowity czas naprawy DNA w zdrowych tkankach przypada przed świtem i przed zmierzchem.
Naprawa DNA i zegary biologiczne
Prof. Sancar - który zdobył w 2015 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii za pracę nad „mechanistycznymi badaniami naprawy DNA” - uważa, że możemy ulepszyć leczenie raka poprzez lepsze zrozumienie, w jaki sposób naprawa DNA i zegary biologiczne współpracują ze sobą „w całym genomie iw różnych narządy ”.
Wszystkie organizmy mają zegary biologiczne w postaci specyficznych białek w każdej komórce prawie każdego organu i tkanki.
Geny kodujące i kontrolujące białka zegara biologicznego są podobne w wielu różnych gatunkach - od grzybów po muszki owocowe i myszy po ludzi.
Regulują wszystkie procesy biologiczne zachodzące mniej więcej w 24-godzinnym rytmie dobowym lub w rytmie okołodobowym i mają kluczowe znaczenie dla zdrowego funkcjonowania narządów i tkanek.
Jednak obecnie niewiele wiemy o wzajemnym oddziaływaniu między genami zegara biologicznego a innymi procesami molekularnymi, takimi jak naprawa DNA, która zachodzi przez cały czas w organizmie, ponieważ broni się on przed uszkodzeniami DNA - takimi jak te spowodowane przez światło ultrafioletowe. .
Cisplatyna i chronoterapia
Cisplatyna jest lekiem chemioterapeutycznym szeroko stosowanym w leczeniu wielu nowotworów, w tym raka jajnika, raka płuc, raka pęcherza, raka jąder oraz raka głowy i szyi. Zabija komórki rakowe, uszkadzając DNA, zakłócając naprawę DNA i powodując samobójstwo komórek.
Niestety, przydatność leku jest ograniczona przez poważne skutki uboczne - w szczególności jest on toksyczny dla wątroby, nerek, mózgu i reszty układu nerwowego.
Naukowcom zależy na znalezieniu sposobów na zmniejszenie skutków ubocznych leczenia cisplatyną. Stosunkowo nową dziedziną, która dąży do tego celu, jest chronoterapia, podejście, w którym leki są podawane w czasie dostosowanym do zegara biologicznego.
Badania sugerują, że chronoterapia może być skuteczna między innymi w leczeniu schorzeń, takich jak epilepsja, zgaga i astma.
Chronoterapia lekami przeciwnowotworowymi była już przedmiotem kilku badań. Miały one na celu ustalenie najlepszej pory dnia, o której lek ma maksymalne działanie przeciwnowotworowe i minimalne skutki uboczne.
Jak dotąd wyniki takich badań „chronochemioterapii” są rozczarowujące. Jednak prof. Sancar uważa, że wina może leżeć w fakcie, że w badaniach tych przyjęto podejście „empiryczne”, gdzie lekarze podawali leki o różnych porach dnia, a następnie odnotowywali, które przyniosły najlepsze rezultaty.
Podejście uwzględniające czas naprawy DNA - kluczowego procesu biologicznego w nowotworach i normalnych komórkach - może odnieść większy sukces. Jest to punkt widzenia, który postanowił zbadać prof. Sancar i współpracownicy.
Naprawa genomu prowadzona przez dwa zegary biologiczne
W swoim nowym badaniu odkryli, że „naprawa genomu jest kontrolowana przez dwa programy dobowe”. Jeden program dotyczy transkrypcji genów, a drugi nie.
Transkrypcja to mechanizm, za pośrednictwem którego kod zawarty w genomie jest dostarczany do komórki poprzez transkrypcję z podwójnej helisy DNA na pojedynczą nić RNA. Kod zawiera instrukcje dotyczące wytwarzania białka lub regulowania procesu komórkowego.
Naukowcy odkryli, że naprawa DNA transkrybowanych części genów była najbardziej aktywna tuż przed świtem lub tuż przed zmierzchem, podczas gdy naprawa DNA nietranskrybowanych części była zwykle najbardziej aktywna tuż przed zmierzchem.
Prof. Sancar mówi, że wciąż muszą się wiele nauczyć na temat interakcji zegarów biologicznych z „podstawowymi mechanizmami naprawy DNA”.
Jednak on i jego zespół uważają, że większa wiedza na temat tej interakcji może być ważna dla spowolnienia raka poprzez optymalizację chemioterapii przy jednoczesnym zmniejszeniu jej skutków ubocznych.
„Nasza praca sugeruje, że najlepiej byłoby podawać cisplatynę pacjentom, gdy ich normalna naprawa DNA komórki jest w zenicie”.
Prof. Aziz Sancar
