Kankercellen kunnen een deel van hun destructieve karakter te danken hebben aan uniek, "donutvormig" DNA, volgens een nieuwe studie.
De studie, die vandaag (20 november) is gepubliceerd in het tijdschrift Nature, toonde aan dat DNA in sommige kankercellen niet in draadachtige structuren verpakt zoals in gezonde cellen - eerder vouwt het genetische materiaal zich in een ring - achtige vorm die de kanker agressiever maakt.
"DNA brengt informatie niet alleen in volgorde maar ook in vorm over", zegt co-senior auteur Paul Mischel, hoogleraar pathologie aan de Universiteit van Californië in San Diego.
Zoals je je misschien herinnert uit de biologieles, zit het grootste deel van ons DNA stevig verpakt in de kernen van cellen in structuren die bekend staan als chromosomen. Bijna alle cellen hebben 23 paar chromosomen, die elk bestaan uit ongeveer 1,82 meter DNA dat stevig om groepen eiwitten is gewonden die als een steiger dienen.
Deze opeengepakte structuur zorgt ervoor dat sommige genen toegankelijk zijn voor de moleculen die de genetische instructies "lezen" en uitvoeren, terwijl andere genen verborgen blijven. Het resultaat is een sterk gereguleerde machine die de cel ervan weerhoudt ongewenste genetische instructies uit te voeren en op een grillige manier te repliceren (nieuwe "dochtercellen" te creëren).
"Alles wat we over genetica hebben geleerd, zegt dat veranderingen langzaam moeten gaan," vertelde Mischel aan WordsSideKick.com. Maar jaren geleden ontdekten Mischel en zijn team dat bij een bepaald type hersenkanker, glioblastoma genaamd, tumoren "leken te kunnen veranderen met een snelheid die gewoon nergens op sloeg". De tumorcellen, zoals ze in dochtercellen waren verdeeld, leken op de een of andere manier de expressie van oncogenen te versterken - genen die een gewone cel in een kankercel kunnen veranderen.
Het bleek dat sommige van deze versterkte kopieën van oncogenen 'zich hadden losgemaakt van chromosomen', zei Mischel. Nadat ze waren losgeraakt van de chromosomen, hingen ze op andere stukjes DNA in de cel, volgens een paper dat de auteurs in 2014 publiceerden in het tijdschrift Science. Ze ontdekten toen dat deze "extrachromosomale" stukjes DNA (ecDNA) daadwerkelijk voorkomen bij bijna de helft van de menselijke kankers, maar zijn zelden aangetroffen in gezonde cellen, een bevinding die de auteurs rapporteerden in een paper dat in 2017 in het tijdschrift Nature werd gepubliceerd.
In deze nieuwe studie kwamen ze erachter waarom ecDNA zo robuust is. Een combinatie van beeldvorming en moleculaire analyse onthulde dat deze stukjes DNA ringvormig om eiwitten zijn gewikkeld, vergelijkbaar met het circulaire DNA dat in bacteriën wordt aangetroffen.
Deze ringvorm maakt het veel gemakkelijker voor de machinerie van de cel om toegang te krijgen tot een hele reeks genetische informatie - inclusief de oncogenen - zodat ze deze snel kunnen transcriberen en uitdrukken (bijvoorbeeld een gezonde cel instrueren om kanker te worden), zei Mischel. Dankzij deze gemakkelijke toegankelijkheid kunnen tumorcellen grote hoeveelheden tumorbevorderende oncogenen genereren, snel evolueren en zich gemakkelijk aanpassen aan een veranderende omgeving.
Bovendien ontdekten de onderzoekers dat deze kankercellen, in tegenstelling tot gezonde cellen die hun genen op een regelmatige en verwachte manier verdelen naar hun dochtercellen, hun ecDNA op willekeurige manieren verdelen. Het is als 'een fabriek voor het pompen van tonnen en tonnen oncogenen', wat ertoe leidt dat sommige dochtercellen meerdere exemplaren van oncogenen ontvangen in een enkele celdeling, zei Mischel.
"Dit is een zeer opwindende studie", zegt Feng Yue, directeur van het Center for Cancer Genomics van het Northwestern University Lurie Cancer Center, die niet betrokken was bij het onderzoek. "Dit werk vertegenwoordigt een conceptuele vooruitgang van hoe ecDNA bijdraagt aan oncogenese bij kanker bij de mens."
Mischel en enkele van de andere auteurs van het onderzoek zijn mede-oprichters van Boundless Bio Inc., een bedrijf dat onderzoek doet naar ec-DNA-gebaseerde therapieën. Mede-auteur van de studie Vineet Bafna is ook mede-oprichter en heeft een aandelenbelang in het bedrijf Digital Proteomics, maar de auteurs beweren dat geen van beide bedrijven bij dit onderzoek betrokken was.
