ADN

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 12429 (2023) Citar este artigo

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A terapia de envenenamento por topoisomerase tipo II (Top2) é usada para tratar uma ampla gama de cânceres por meio da indução de quebras de fita dupla (DSBs) em células submetidas à replicação e transcrição. Prevenir a reparação de DSBs através da inibição de DNA-PK, um inibidor de junção final não homóloga (NHEJ), aumenta a morte celular com venenos Top2 e levou ao início de vários ensaios clínicos. Para elucidar os mecanismos celulares que levam à atividade sinérgica da inibição dupla de DNA-PK / Top2, analisamos seus efeitos em células cíclicas versus células não cíclicas, em esferóides 3D e em modelos de xenoenxerto. Descobriu-se que a inibição combinada de DNA-PK/Top2 não apenas aumenta a morte celular em células em proliferação, a população celular que é tipicamente mais vulnerável ao envenenamento por Top2, mas também em células não proliferativas, mas transcricionalmente ativas. Este efeito foi observado tanto em modelos de cancro como de tecidos normais, matando mais células do que altas concentrações de etoposido isoladamente. O tratamento combinado atrasou o crescimento do tumor em ratos em comparação com o envenenamento por Top2 sozinho, mas também levou ao aumento da toxicidade. Estas descobertas demonstram a sensibilização de células não cíclicas que expressam Top2β ao envenenamento por Top2 por inibição de DNA-PK. A expansão da população de células-alvo do tratamento com veneno Top2 para incluir células não proliferativas por meio de combinação com inibidores de reparo de danos ao DNA tem implicações na eficácia e toxicidade dessas combinações, inclusive para inibidores de DNA-PK atualmente em ensaio clínico.

As enzimas topoisomerase II (Top2) modulam a topologia do DNA durante a replicação, transcrição, segregação cromossômica e recombinação do DNA. Características das estruturas do DNA, como superenrolamento, catenação e nós, tornam-no pouco acessível às enzimas críticas de processamento do DNA. Isto é resolvido pela ligação do Top2, que corta temporariamente a hélice do DNA, “desembaraçando” as estruturas complexas1. O potencial para converter essas interrupções temporárias em DSBs permanentes torna o Top2 um alvo atraente para a terapia do câncer. De facto, as topoisomerases de ADN são os alvos moleculares para vários agentes quimioterápicos utilizados para tratar malignidades sólidas e hematológicas.

Os mecanismos e as relações estrutura-atividade dos agentes anticâncer direcionados ao Top2 foram recentemente revisados ​​por Buzun et al.2. Os venenos Top2, incluindo os medicamentos clinicamente ativos etoposídeo e doxorrubicina, ligam-se e estabilizam o complexo covalente Top2-DNA durante a replicação e transcrição e evitam a religação das pontas quebradas do DNA. Existem duas isoformas Top2, Top2α e Top2β, que compartilham estrutura primária semelhante em humanos. Embora ambas as isoformas sejam necessárias para a segregação cromossômica e a recombinação do DNA, o Top2α é altamente expresso em células em proliferação para guiar a replicação do DNA3, enquanto o Top2β tem um papel mais dominante durante a transcrição e é expresso de forma onipresente4. Quando aprisionadas pelos venenos Top2, ambas as isoformas geram DSBs de DNA, no entanto, as evidências mostraram que o principal alvo da isoforma para a citotoxicidade celular mediada pelo veneno Top2 é o Top2α, já que as linhas celulares knockdown/knockout Top2β não mostram nenhum efeito significativo no etoposídeo IC505. Top2α é o principal alvo molecular para a atividade do veneno Top2 e os níveis de expressão de Top2α são usados ​​como um biomarcador prognóstico para triagem de pacientes com câncer adequados para o tratamento do veneno Top26. Assim, as células em proliferação que expressam Top2α são as mais vulneráveis ​​ao tratamento com veneno Top2, embora DSBs de DNA também sejam introduzidos em populações adicionais onde outras isoformas Top 2 estão ativas.

As duas vias primárias de reparo de DSBs de DNA são a união de extremidades não homólogas (NHEJ) e a recombinação homóloga (HR). A HR ocorre durante as fases S/G2 tardias, quando as cromátides irmãs estão disponíveis como um modelo de sequência para reparo e, consequentemente, desempenham um papel no reparo de DSBs de DNA dependentes de replicação, mediadas pelo envenenamento da isoforma Top2α. NHEJ ocorre ao longo do ciclo celular e repara quebras de DNA ligando as duas extremidades quebradas do DNA. No geral, o NHEJ é a via predominante de reparo do DNA DSB em células de mamíferos, com um papel particularmente crítico para células em estágios não proliferativos do ciclo celular7. A proteína quinase dependente de DNA (DNA-PK), um membro da família das quinases relacionadas à fosfatidilinositol 3-quinase (PIKK), foi identificada como um componente chave da via NHEJ e é, portanto, um alvo emergente para o desenvolvimento terapêutico8.