Czy arsen może uszkodzić ludzkie DNA?
Badaczki i badacze z Uniwersytetu Wrocławskiego otrzymają niemal 25 mln zł z Narodowego Centrum Nauki na realizację swoich projektów w ramach konkursów OPUS 24 oraz SONATA 18. Jednym z młodych badaczy jest dr Ireneusz Litwin, adiunkt w Inkubatorze Doskonałości Naukowej – Centrum Badawczym Naprawy DNA (Wydział Nauk Biologicznych UWr). Tytuł jego pracy badawczej, na finansowanie której otrzyma 2 199 660 zł, brzmi: „Mapa uszkodzeń DNA i procesów naprawczych indukowanych przez arsen”.
Skąd zainteresowanie akurat tym pierwiastkiem?
– Zakład Genetyki i Fizjologii Komórki, którego kierownikiem jest prof. Robert Wysocki, od wielu lat bada w jaki sposób arsen pobierany jest przez komórki oraz w jaki sposób komórki pozbywają się tego toksycznego pierwiastka. Kiedy dołączyłem do zespołu prof. Wysockiego tematyka związana z arsenem zainteresowała mnie pod innym kątem. Otóż okazuje się, że wiele milionów osób na całym świecie pije wodę i spożywa pokarmy zwierające arsen. Długoterminowa ekspozycja na arsen jest przyczyną wielu chorób, w tym także nowotworów. Na marginesie, badania przeprowadzone w ostatnich latach przez zespół prof. Lubińskiego z Pomorskiego Uniwersytetu Medycznego w Szczecinie sugerują, że wysokie stężenie arsenu we krwi jest silnym czynnikiem ryzyka, który predysponuje do rozwinięcia nowotworów u Polek. Niestety, mimo wielu już lat badań prowadzonych przez wiodące ośrodki naukowe na całym świecie, nadal nie wiadomo w jaki sposób pierwiastek ten powoduje nowotwory. Co ciekawe, jedna z teorii sugeruje, że arsen może generować uszkodzenia DNA, które z kolei mogą prowadzić do niestabilności genetycznej, a ta do powstawania komórek nowotworowych. Taki model działania arsenu wydał mi się bardzo interesujący dlatego też w mojej dotychczasowej pracy skupiłem się na zbadaniu jakie rodzaje uszkodzeń DNA generuje arsen oraz w jaki sposób komórki starają się te uszkodzenia naprawić.
Jak już Pan wspomniał, mimo wielu lat badań prowadzonych na różnych organizmach, nadal dokładnie nie wiadomo, dlaczego arsen prowadzi do chorób nowotworowych. Czy pańskie badania mają na celu odkrycie tej niewiadomej?
– Mam nadzieję, że prowadzone przeze mnie badania pomogą zrozumieć w jaki sposób ekspozycja na arsen prowadzi do uszkodzeń DNA u ludzi. Poznanie takiego mechanizmu może przyczynić się do określenia jakiego typu podłoże genetyczne u ludzi może szczególnie predysponować do rozwoju raka.
Co to jest mapa genomowa ? I czemu ma służyć?
– W nowym projekcie będziemy sprawdzać jak szybko po ekspozycji na arsen generowane są uszkodzenia DNA, gdzie w genomie powstają te uszkodzenia i czy miejsce i ilość potencjalnych uszkodzeń DNA zmienia się w zależności od fazy cyklu komórkowego. Na wszystkie te pytania odpowiemy pośrednio badając rozmieszczenie i ilość uszkodzeń DNA w skali całego genomu dla każdego z chromosomów osobno. Warto wiedzieć, że chromosomy składają się z wielu różnych elementów, które mają odmienne właściwości. Na przykład, zdecydowana większość DNA nawleczona jest na histony, ale można też znaleźć takie miejsca gdzie DNA jest wolne od białek, „nagie”, a tym samym bardziej dostępne dla czynników zewnętrznych. Dalej, niektóre części chromosomów podlegają procesowi intensywnej ekspresji genów, podczas gdy inne nie. W końcu, DNA w obrębie telomerów zawiera duże ilości guaniny, które potencjalnie mogą być szczególnie chętnie wiązane przez arsen. To tylko kilka przykładów bo analiza, którą przeprowadzimy będzie znacznie szersza. Finalnie mamy nadzieję, że uda nam się stworzyć mapę chromosomu, która pokaże jakie części chromosomu są podatne na generowane arsenem uszkodzenia DNA. Może nawet dowiemy się dlaczego.
Z jakich narzędzi będzie Pan korzystał podczas prowadzenia badań?
W ramach tego projektu badania będą prowadzone z użyciem eukariotycznego organizmu modelowego drożdży piekarniczych Saccharomyces cerevisiae, atakże ludzkich linii komórkowych. Wykorzystamy wiele technik w tym genetykę molekularną, która pozwoli nam na znakowanie białek, ale również na usuwanie fragmentów DNA czy też mikroskopię fluorescencyjną, która umożliwi pośrednią kolokalizację uszkodzeń DNA z wybranymi regionami chromosomów. Większość badań zostanie jednak przeprowadzona z użyciem techniki immunoprecypitacji chromatynowej sprzężonej z sekwencjonowaniem nowej generacji. Po otrzymaniu wyników sekwencjonowania będzie czekała nas żmudna praca bioinformatyczna, która dopiero pozwoli na ostateczne wnioski.
Życzymy powodzenia!
Not. Katarzyna Górowicz-Maćkiewicz
