Vědci zjistili, kde přesně toxiny z tabákového kouře napadají DNA

Je známo, že toxiny obsažené v tabákovém kouři mohou měnit naši DNA, ale kde přesně v genomu se tak děje, bylo záhadou. Nový přístup vyvinutý vědci z ETH v Curychu nyní vnáší světlo do této problematiky. V budoucnu by to mohlo usnadnit určení bezpečnosti mnoha chemických látek.

Chemické sloučeniny obsažené v tabákovém kouři mění DNA plicních buněk způsobem, který může z dlouhodobého hlediska vést k rakovině. Vědci z ETH v Curychu nyní poprvé dokázali tyto změny přesně lokalizovat. Jejich výsledky jsou jednoznačné – vzorec změn DNA, který určili v experimentech s buněčnými kulturami, odpovídá známým mutacím u rakoviny plic.

Přestože tyto výsledky nejsou prvním důkazem souvislosti mezi kouřením cigaret a rakovinou plic (tato příčinná souvislost je již dlouho známá), teprve nyní se vědcům pod vedením Shany Sturly, profesorky toxikologie na ETH v Curychu, podařilo pomocí nové metody přesně zmapovat, které stavební bloky DNA se při tomto procesu mění.

Díky tomuto přístupu by mělo být jednoho dne možné určit i účinky jiných toxinů na buňky – a mělo by to být poměrně snadné pomocí buněčných kultur a molekulárně biologických analýz. Dosud se takové toxikologické studie musely provádět na laboratorních zvířatech.

Ve své studii, která byla nyní publikována v časopise ACS Central Science, se vědci zaměřili na konkrétní chemickou sloučeninu – benzopyren. Ta vzniká při spalování tabáku. Když se tato sloučenina dostane do lidského těla, přemění se na velmi specifické metabolity, které jsou již dlouho známé svou toxicitou. Vědci vzali tyto metabolity benzopyrenu a přidali je do plicních buněk, které pro své studie kultivovali v laboratoři.

Změny jako předchůdce mutací

Již delší dobu je známo, že metabolity benzopyrenu reagují se stavebním blokem DNA guaninem (G mezi stavebními bloky často označovanými zkratkami A, C, T a G) a mění jej v procesu známém jako alkylace.

Ačkoli v buňkách existují opravné mechanismy, které mohou tuto změnu zvrátit, nejsou účinné ve všech případech. Pokud se buňka dělí, aniž by předtím zvrátila alkylaci, dochází v tomto místě k mutaci DNA – a některé z těchto mutací mohou způsobit rakovinu. Je také známo, že karcinogenní účinek cigaretového kouře je z velké části způsoben metabolity benzopyrenu.

Výzkumníci z ETH Zurich nyní chtěli zjistit, které guaniny v DNA mají metabolity benzopyrenu tendenci měnit, a zejména které z těchto změn přetrvávají i dlouhodobě. K tomu použili protilátky, které specificky vážou změněné guaniny.

K následnému zmapování těchto míst pomohlo vědcům několik metod. Při jedné z těchto metod vědci kopírují vlákna DNA podobně jako při reakci PCR. Kdykoli kopírovací stroj dosáhne změněného guaninu, je zablokován a kopírování se zastaví. Následné sekvenování DNA umožňuje vědcům určit, kde k tomuto přerušení došlo – a tím odvodit místo změny DNA.

Zkoumání široké škály chemických látek

Alkylace guaninu je jen jedním z nesčetných způsobů, jak mohou toxiny měnit DNA. Vědci nyní plánují upravit svůj přístup tak, aby mohli v budoucnu mapovat i další změny DNA. To by mělo řadu využití. Bylo by pak možné analyzovat širokou škálu chemických sloučenin pomocí jednoduchých experimentů na buněčných kulturách a předpovídat riziko, že způsobí rakovinu. Kromě toho by bylo možné studovat, které typy buněk a které individuální genetické predispozice jsou obzvláště náchylné ke změnám DNA, a tedy ke karcinogenní degeneraci.

“Jakmile pochopíme, které chemické látky způsobují jaké změny DNA, budeme moci jít i zpětně a u známých genomových změn určit, které toxiny k nim s největší pravděpodobností přispěly,” říká Sturla.

Takové testy lze navíc využít v základním výzkumu, aby se zjistilo, jak vůbec vznikají charakteristické mutační znaky v nádorových buňkách. V konečném důsledku Sturla uvažuje o využití tohoto přístupu ke studiu nejen chemických toxinů, ale také změn DNA způsobených faktory životního prostředí, výživou nebo normálním stárnutím buněk.

Zdroj: ETH Zurich, redakce