Негативная роль склонных к ошибкам ДНК-полимераз
Соматический гипермутагенез происходит в норме в прокариотических клетках и некоторых тканях млекопитающих, обеспечивая селективное преимущество организмов и играя важную роль их в приспособлении к окружающей среде. Соматический гипермутагенез является также неотъемлимым следствием (и "обратной стороной медали") другой жизненно важной функции склонных к ошибкам ДНК-полимераз - обеспечения репликации и репарации поврежденной ДНК.
Однако, делая ошибки в беспрецедентном темпе, склонные к ошибкам ДНК-полимеразы в случае потери контроля над регуляцией их экспрессии и активности могут стать причиной развития ряда заболеваний, связанных с нарушением стабильности генома. Так, болезнь Альцгеймера сопровождается сверхэкспрессией Pol бета в головном мозге. Предполагается, что участие слишком большого количества молекул этой склонной к ошибкам ДНК- полимеразы в репликации неповрежденной ДНК приводит к запуску апоптоза и является причиной гибели нейронов мозга ( Copani, 2007 ).
В 70-е годы прошлого столетия была сформулирована мутационная гипотеза возникновения рака, согласно которой ранние события канцерогенеза могут быть следствием генерации мутаций из-за нарушения точности работы механизмов репликации и репарации [ Loeb, 1974 ]. Действительно, было показано, что некоторые гены-протоонкогены являются мишенями при соматическом гипермутагенезе в больших диффузных клетках лимфом [ Pasqualucci, 2001 ]. Известно также, что дерегуляция и неконтролируемое увеличение активности многих высокоошибочных ДНК-полимераз ассоциированы со злокачественным перерождением клеток.
Pol бета , участвующая в эксцизионной репарации оснований, сильно экспрессируется в опухолях яичников [ Canitrot, 1998 ], опухолях простаты , опухолях молочных желез [ Srivastava, 1999 ]. В клетках при этом часто наблюдается анеуполиплоидизация [ Bergoglio, 2002 ; Canitrot, 1998 ]. Рol каппа ассоциирована с раком легких [ O-Wang, 2001 ], раком яичников и раком простаты [ Bergoglio, 2002 ]. Это справедливо и для Pol йота в случаях рака молочной железы ( Yang, 2004 ) и увеальной меланомы глаза человека ( Генинг, 2006 ).
Можно отметить негативную роль высокоошибочных ДНК-полимераз в прогрессивном течении злокачественных заболеваний . Известно, что при химио- и радиотерапии количество повреждений ДНК значительно возрастает. В случае сверхэкспрессии в опухолях склонные к ошибкам ДНК-полимеразы дадут раковым клеткам селективное преимущество по сравнению с нормальными клетками, т.к. будут способствовать более эффективному преодолению блоков репликации поврежденной ДНК.
Однако следует отметить, что опухолеобразование ассоциировано как с повышенной, так и с пониженной экспрессией высокоошибочных ДНК- полимераз ( Masutani, 1999 ; Albertella, 2005 ; Ohkumo, 2006 ). "Антиканцерогенное действие" высокоошибочных ДНК-полимераз связано с их вовлечением в процессы репарации ДНК и способностью к встраиванию корректного нуклеотида при синтезе ДНК в поврежденных участках. Например, мутации в гене Pol эта вызывают у людей синдром пигментной ксеродермы (XP-V фенотип) , который характеризуется высокой склонностью к раку кожи [ Dumstorf, 2006 ; Johnson, 1999 ; Masutani, 1999 ; Ohkumo, 2006 ].
Хорошо иллюстрирует этот тезис на практике работа Альбертеллы с соавт. [ Albertella, 2005 ]. Авторы проанализировали 68 образцов злокачественных опухолей человека различной локализации (почки, грудь, ростата, яичники, легкие, желудок, прямая кишка) и выявили значительные изменения уровня экспрессии многих склонных к ошибкам ДНК-полимераз ( Pol бета , Pol йота , Pol лямбда , Pol каппа ). Более чем в 47% случаев было зафиксировано более чем двукратное увеличение уровня мРНК по-меньшей мере одной из высокоошибочных ДНК-полимераз по-сравнению с нормальными тканями. Особенно сверхэкспрессия была выражена у Pol бета , для которой фиксировалось 2-12-кратное увеличение уровня мРНК в 38% исследованных опухолей. Однако, в 28% случаев злокачественных новообразований было зафиксировано более чем двукратное снижение экспрессии склонных к ошибкам ДНК-полимераз. При этом увеличение экспрессии Pol каппа , например, было отмечено только в 9% случаев, а снижение уровня экспрессии фермента наблюдалось в 22% опухолей.
Таким образом, очевидно, что для "правильного" развития и функционирования организма очень важен "правильный" баланс между стабильностью и пластичностью генома, между работой склонных к ошибкам и точных ДНК-полимераз.
