Studi Menemukan Telomer Dapat Menetapkan Ambang Batas Kerusakan Untuk Sel Kanker Di Mana Mereka Tidak Dapat Terus Membelah

Read Also

Telomer mewakili wilayah yang merupakan ujung kromosom dan dilindungi oleh protein pengikat telomer. Protein ini melindungi telomer agar tidak dikenali sebagai pemutusan untai ganda DNA. Selama pembelahan sel somatik, ujung telomer tidak dapat bereplikasi oleh untaian garpu replikasi yang tertinggal, menyebabkan pemendekan telomer setelah setiap siklus sel.

Jika sel terus berkembang biak, gesekan telomer dapat menyebabkan penuaan seluler. Fenomena ini dapat menjadi penghalang untuk tumorigenesis. Namun demikian, untuk mencapai keabadian replikatif, sel kanker mengatasi pemendekan telomer. Ini dicapai terutama dengan mengaktifkan telomerase atau menggunakan recombination-based pathway yang tidak bergantung pada telomerase tetapi homolog yang terkait dengan perluasan atau pemeliharaan telomer. Mekanisme ini dikenal sebagai alternative lengthening of telomeres (ALT).

Alternative lengthening of telomeres (ALT) kanker

Kanker ALT mencapai keabadian dengan memanjangkan kembali telomer dalam fase G2 dan M dari siklus sel melalui break-induced replication (BIR) pathway. Studi sebelumnya telah menjelaskan sifat toksik dari mekanisme ALT. Telomer ALT sangat ditranskripsi dan kaya akan RNA: DNA hybrids (telR loops).

Penurunan translocase FANCM, yang merupakan protein yang sangat terkonservasi dalam Fanconi anaemia (FA) tumor suppressor pathway, dan penipisan pada RNAseH1 endoribonuclease menyebabkan peningkatan loop telR, ketidakstabilan telomer, dan aktivitas ALT.

Sebuah studi PNAS baru-baru ini berhipotesis bahwa ALT mungkin membahayakan integritas telomer jika tidak dibatasi dengan tepat. Ini menunjukkan bahwa menghambat transkripsi telomeric repeat-containing RNA (TERRA) dapat mengurangi aktivitas ALT. Untuk tujuan ini, para ilmuwan menyebarkan efektor mirip aktivator transkripsi yang menargetkan promotor TERRA yang terdiri dari pengulangan 29-bp (T-TALE) yang kaya CpG spesifik dan menggabungkannya ke domain penekanan transkripsi.

Temuan Utama

Sebuah T-TALE C-terminal menyatu dengan nuclear localization signal (NLS), aktivator transkripsi RNA polimerase II VP64, dan epitop influenza hemagglutinin (HA) manusia dikembangkan. Para ilmuwan mengkloning transgen downstream dari promotor yang dapat diinduksi doxycycline(dox), yang digunakan untuk mengembangkan dua garis sel klonal turunan ALT, U2OS yang disebut vp6 dan vp30.

Western blotting yang dibantu dengan antibodi anti-HA digunakan untuk memvalidasi ekspresi transgen yang dapat diinduksi. Sel diperlakukan dengan dox selama 24 jam, dan TERRA qRT-PCR dilakukan. Transkrip TERRA dari sub-telomer yang mengandung 29-bp adalah 3 hingga 10 kali lipat lebih tinggi daripada di sel yang tidak diobati. Namun, TERRA dari 29-bp-tanpa sub-telomer tetap tidak berubah.

Hibridisasi blot utara dengan probe mampu mengidentifikasi TERRA dari subtelomer 10q atau (UUAGGG)n urutan yang terdiri dari semua molekul TERRA, yang menunjukkan peningkatan spesies TERRA pada pengobatan dox. Temuan ini menunjukkan bahwa sistem ini dapat secara efektif meningkatkan transkripsi TERRA dalam sel U2OS.

Akumulasi replication stress marker (RPA32) phosphorylated at serine 33 (pSer33) dan penanda kerusakan DNA histone H2AX terfosforilasi pada serin 139 (γH2AX) dipantau di telomer. ALT dipantau dengan mengukur badan PML terkait ALT, dan peristiwa sintesis de novo DNA telomerik dalam fase G2 dianalisis dengan penggabungan EdU.

Perawatan Dox tidak ditemukan efektif pada tingkat TERRA, stabilitas telomer, dan ALT. Percobaan DNA fluorescence in situ hybridization (FISH) mengungkapkan bahwa penghambatan transkripsi TERRA meningkatkan jumlah ujung kromosom tanpa sinyal DNA telomer yang terdeteksi dalam tahap metafase dari siklus sel. Temuan yang didokumentasikan dalam penelitian ini konsisten dengan penelitian sebelumnya yang mengungkapkan penghambatan transkripsi TERRA dapat meningkatkan ALT dan mendorong pemendekan telomer progresif.

Diamati bahwa akumulasi telomere free ends (TFE) dalam sel vp6 dan vp30, yang diobati dengan dox selama sembilan hari, tidak memiliki efek signifikan pada sel nls1. Temuan ini menunjukkan bahwa mekanisme kehilangan telomer, selain pemendekan replikatif, dapat diaktifkan pada transkripsi telomer yang meningkat.

Studi saat ini mengungkapkan bahwa pengobatan dox dan endonuklease spesifik struktur Mus81 yang terkait dengan telomer ALT meningkatkan frekuensi fokus telomer Mus81 dalam sel vp6 dan vp30. Penipisan Mus81 menyebabkan peningkatan TFE dalam sel nls1 dan vp30, yang tidak menjadi sasaran pengobatan dox.

Penurunan Mus81 mencegah akumulasi TFE dalam sel vp30 yang diobati dengan dox tanpa mencegah induksi transkripsi TERRA atau akumulasi pSer33 danγH2AX di telomer. Temuan ini menunjukkan bahwa Mus81 dapat memainkan peran penting dalam peristiwa hilangnya telomer terkait dengan peningkatan transkripsi TERRA.

Kesimpulan

Berdasarkan temuan eksperimental dari studi saat ini dan laporan dari studi serupa lainnya, penulis mengusulkan model untuk studi berbasis ALT. Studi ini memberikan bukti dan menekankan bahwa mekanisme ALT secara langsung terkait dengan peristiwa molekuler yang dapat membahayakan stabilitas telomer. Oleh karena itu, ALT harus dikontrol dengan tepat untuk memungkinkan pemanjangan telomer dan pembelahan sel yang tidak terbatas tanpa kehilangan telomer yang berlebihan. Transkripsi TERRA telah diidentifikasi sebagai target serbaguna untuk terapi kanker ALT.

Journal reference:

Silva, B. et al. (2022) The alternative lengthening of telomeres mechanism jeopardizes telomere integrity if not properly restricted. PNAS, 119 (39).

doi: https://doi.org/10.1073/pnas.2208669119 https://www.pnas.org/doi/full/10.1073/pnas.2208669119