Starożytne wirusy ukryte w twojej DNA napędzają dzisiejsze nowotwory

Naukowcy z CU Boulder odkryli, że endogenne retrowirusy, pozostałości starożytnych wirusów w ludzkim genomie, odgrywają znaczącą rolę w rozwoju raka. Ich badanie wykazało, że wyciszenie tych wirusów może zwiększyć skuteczność leczenia raka poprzez wyłączenie genów, które promują wzrost guza. Odkrycie to otwiera potencjalne nowe podejścia do terapii raka poprzez ukierunkowanie wirusowego DNA osadzonego w naszym genomie. Źródło: SciTechDaily

Endogenne retrowirusy przyczyniają się do rozwoju raka, a ich wyciszenie może zwiększyć skuteczność leczenia, oferując nowy cel terapii raka.

Ukryte w ludzkim genomie, wśród 20 000 genów, które służą jako elementy składowe życia, znajdują się plamki DNA pozostawione przez wirusy, które zainfekowały przodków naczelnych dziesiątki milionów lat temu. Ci starożytni autostopowicze, znani jako endogenne retrowirusy, byli przez długi czas uważani za obojętne lub „śmieciowe” DNA, pozbawione jakiejkolwiek zdolności do wyrządzania szkód. W badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Science Advances naukowcy z CU Boulder ujawniają, że gdy endogenne wirusy są ponownie przebudzane, mogą odgrywać kluczową rolę w pomaganiu rakowi przetrwać i rozwijać się. Badanie sugeruje również, że wyciszenie niektórych endogennych retrowirusów może poprawić skuteczność leczenia raka.

„Nasze badanie pokazuje, że dzisiejsze choroby mogą być znacząco uwarunkowane tymi starożytnymi infekcjami wirusowymi, na które do niedawna niewielu badaczy zwracało uwagę” — powiedział starszy autor Edward Chuong, adiunkt biologii molekularnej, komórkowej i rozwojowej w Instytucie BioFrontiers na CU.

Autorzy badania Ed Chuong, po lewej i Atma Ivancevic w swoim biurze w Instytucie BioFrontiers na CU Boulder. Źródło: Glenn Asakawa/CU Boulder

Badania pokazują, że około 8% ludzkiego genomu składa się z endogennych retrowirusów, które wślizgnęły się do komórek naszych ewolucyjnych przodków, nakłaniając swoich gospodarzy do kopiowania i przenoszenia ich materiału genetycznego. Z czasem przedostały się do plemników, jajeczek i zarodków, zapisując swoje DNA niczym zapis kopalny w przyszłych pokoleniach — i kształtując ewolucję po drodze.

Chociaż nie mogą już produkować funkcjonalnych wirusów, badania Chuonga wykazały, że endogenne retrowirusy mogą działać jak „przełączniki”, które włączają pobliskie geny. Niektóre z nich przyczyniły się do rozwoju łożyska, kluczowego kamienia milowego w ewolucji człowieka, a także naszej odpowiedzi immunologicznej na współczesne wirusy, takie jak COVID.

„Wiele prac wykazało, że te endogenne retrowirusy można udomowić dla naszego dobra, ale niewiele pokazało, jak mogą nam zaszkodzić” — powiedział.

Biolog genomu Edward Chuong w swoim laboratorium w Instytucie BioFrontiers na Uniwersytecie Kolorado w Boulder. Źródło: Glenn Asakawa/CU Boulder

Aby zbadać ich rolę w raku, Chuong i pierwsza autorka Atma Ivancevic, współpracowniczka naukowa w jego laboratorium, przeanalizowali dane genomiczne z 21 ludzkich typów raka z publicznie dostępnych zestawów danych.

Odkryli, że konkretna linia endogennego retrowirusa znanego jako LTR10, który zainfekował niektóre naczelne około 30 milionów lat temu, wykazała zaskakująco wysoki poziom aktywności w kilku typach raka, w tym w raku płuc i jelita grubego. Dalsza analiza guzów u kilkudziesięciu pacjentów z rakiem jelita grubego wykazała, że ​​LTR10 był aktywny u około jednej trzeciej z nich.

Kiedy zespół użył narzędzia do edycji genów CRISPR, aby wyciąć lub wyciszyć sekwencje, w których był obecny, odkryli, że krytyczne geny, o których wiadomo, że promują rozwój i wzrost raka, również zniknęły.

„Zauważyliśmy, że wyciszenie tego retrowirusa w komórkach rakowych wyłącza ekspresję pobliskich genów” — powiedział Ivancevic.

Ed Chuong. Źródło: CU Boulder

Eksperymenty na myszach dały podobne wyniki: kiedy „przełącznik” LTR10 został usunięty z komórek nowotworowych, kluczowe geny promujące raka, w tym jeden o nazwie XRCC4, również zostały wyłączone, a leczenie mające na celu zmniejszenie guzów zadziałało lepiej.

„Wiemy, że komórki nowotworowe wyrażają wiele genów, które nie powinny być włączone, ale nikt tak naprawdę nie wie, co je włącza” — powiedział Chuong. „Okazuje się, że wiele przełączników, które je włączają, pochodzi z tych starożytnych wirusów”.

Co ciekawe, badany przez nich endogenny retrowirus wydaje się włączać geny w tak zwanym szlaku kinazy MAP, słynnej ścieżce komórkowej, która jest niekorzystnie przeprogramowana w wielu nowotworach. Istniejące leki, znane jako inhibitory kinazy MAP, prawdopodobnie działają częściowo poprzez wyłączanie endogennego przełącznika retrowirusa, jak sugeruje badanie.

Autorzy zauważają, że tylko ta jedna rodzina retrowirusów reguluje aż 70 genów związanych z rakiem w tym szlaku. Różne linie prawdopodobnie wpływają na różne ścieżki, które promują różne nowotwory.

Chuong podejrzewa, że ​​wraz z wiekiem u ludzi ich genomiczne mechanizmy obronne ulegają rozpadowi, co umożliwia ponowne przebudzenie się starożytnych wirusów i przyczynianie się również do innych problemów zdrowotnych.

„Pochodzenie tego, w jaki sposób choroby ujawniają się w komórce, zawsze było tajemnicą” — powiedział Chuong. „Retrowirusy endogenne nie są jedynym powodem, ale mogą mieć w tym duży udział”.