$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Genomowe DNA jest często narażone na wielokrotne ataki z różnych endogennych i egzogennych źródeł1. Częstość uszkodzeń endogennych bezpośrednio koreluje z poziomami produktów ubocznych przemiany materii, takich jak reaktywne formy tlenu lub aldehydy, które są z natury wyższe w wielu typach nowotworów, w tym w raku jajnika2,3. Konieczne jest, aby uszkodzenia DNA zostały skutecznie rozwiązane; W przeciwnym razie może sprzyjać zmianom genotoksycznym, a w konsekwencji mutagenezie. Zdolność komórek do naprawy zmian genotoksycznych zależy od funkcjonalności bezbłędnych szlaków naprawy DNA i skutecznej regulacji progresji cyklu komórkowego w odpowiedzi na uszkodzenie DNA. Warto zauważyć, że wiele nowotworów jajnika ma funkcjonalnie inaktywujące mutacje w p53, a zatem mają wadliwy punkt kontrolny G1/S, co prowadzi komórki do inicjacji replikacji DNA pomimo obecności nienaprawionych zmian genomowych4,5. Stopień uszkodzenia DNA w raku jajnika jest dodatkowo spotęgowany przez obserwację, że ponad 50% surowiczego raka jajnika o wysokim stopniu złośliwości (HGSOC) ma defekty rekombinacji homologicznej za pośrednictwem BRCA1 i BRCA2, bezbłędnego szlaku naprawy DNA, a około 20% ma amplifikację w genie CCNE1, który przedwcześnie wpycha komórki G1 do fazy S6. Razem wysoka częstotliwość endogennych uszkodzeń DNA, wadliwe punkty kontrolne i nieprawidłowo działające szlaki naprawcze wykładniczo zwiększają akumulację zmian genomowych w raku jajnika. Zmiany te mogą stanowić przeszkodę w postępie krytycznych procesów komórkowych, takich jak replikacja i transkrypcja DNA. Jak omówiono poniżej, takie przeszkody katalizują wytwarzanie jednoniciowego DNA (ssDNA) w komórkach.
Podwójna helisa DNA jest kluczowa dla ochrony genomu przed wieloma procesami mutaginnymi, takimi jak spontaniczne depurination i depryryminacja, aktywność deaminaz cytozynowych i oksydacyjne uszkodzenia DNA1,7. W przeciwieństwie do tego, ssDNA jest bardzo podatne na te zdarzenia mutacyjne. Wiele procesów zachodzących w komórkach może prowadzić do powstania ssDNA (Ryc. 1). Należą do nich:
(i) Zatrzymanie maszynerii replikacji DNA: Prowadzi to do rozłączenia helikazy DNA i polimerazy, pozostawiając odcinki ssDNA8,9.
(ii) Zatrzymanie maszynerii transkrypcyjnej: Uporczywe zatrzymanie polimerazy RNA prowadzi do generowania trójniciowych hybrydowych struktur DNA/RNA zwanych R-loopami. Tworzenie pętli R odsłania przemieszczone, nietranskrybowane DNA jako pojedynczą nić10.
(iii) End-resection DNA: Inicjacja naprawy ukierunkowanej na homologię wymaga wytworzenia 3' ssDNA, aby katalizować poszukiwanie sekwencji homologicznej11.
(iv) D-loop: Inwazja nici podczas rekombinacji homologicznej może spowodować przemieszczenie nici komplementarnej bez matrycy, co skutkuje ssDNA12.
(v) Przerwy sprzężone z replikacją: Podczas replikacji DNA, synteza opóźnionych nici odbywa się w sposób nieciągły, w wyniku czego najpierw generowane są fragmenty Okazaki, a następnie ligowane. Opóźnienie lub defekt w przetwarzaniu fragmentów Okazaki może również skutkować powstawaniem ssDNA. Wreszcie, jeśli widełki replikacyjne na nici wiodącej napotkają zmianę powodującą zahamowanie, polimerazę DNA i prymazę, PRIMPOL może ponownie zagruntować syntezę w dalszej części, pozostawiając lukę w ssDNA po13,14.
Najwyraźniej większość tych zdarzeń ma miejsce, gdy maszyneria replikacji DNA napotyka uszkodzenia genomowe lub podczas naprawy sprzężonej z replikacją, co sugeruje, że większe uszkodzenia DNA prowadzą do zwiększenia poziomu ssDNA. Ponieważ wiele z tych zdarzeń jest związanych z replikacją, tworzenie ssDNA jest uważane za marker "stresu replikacyjnego" w komórkach15,16.
Tutaj opisujemy test, który może być użyty do wiarygodnego ilościowego określenia ssDNA w komórkach. Prostota, odtwarzalność i korzyści kosztowe tego podejścia sprawiają, że można je wykorzystać do oceny odpowiedzi replikacyjno-stresowej w komórkach. Nowe badania wykazały, że poziom ssDNA może być również predyktorem odpowiedzi na chemioterapię, taką jak inhibitory enzymów PARP1/2, ATR i kinaza Wee117,18,19,20,21. Inhibitory te są stosowane w schemacie leczenia kilku HGSOCs22. Dlatego test ten może być również przydatnym narzędziem do przewidywania odpowiedzi chemioterapeutycznych w komórkach raka jajnika.