Kako ljudsko tijeko popravlja učestala oštećenja genskog materijala, jedna je od misterija koju znanstvenici još nisu razjasnili. No, znanstvenici iz Grupe za DNK popravak na Institutu Ruđer Bošković (IRB) pod vodstvom dr. sc. Marte Popović ostvarili su značajan napredak u razumijevanju tog procesa.
Kako su objavili s Instituta Ruđer Bošković, ovaj je tim istraživača razvio prve modele za proučavanje ljudskih bolesti primjenom CRISPR/Cas tehnologije na ribama zebricama (Danio rerio). Uz pomoć razvijenih modela otkrili su enzime ključne za popravak oštećenja DNK-a, a rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Open Biology.
Kako bi lakše objasnili što točno rade, treba zamisliti DNK kao električnu mrežu u našem organizmu, koja radi bez prestanka kako bi naše tijelo funkcioniralo ispravno. No, ponekad se dogode 'kvarovi' u ovoj mreži. Štoviše, svaki dan, u svakoj stanici našeg tijela, dogodi se na tisuće takvih malih kvarova. Ako se oni ne poprave, mogu dovesti do razvoja ozbiljnih zdravstvenih problema, uključujući rak i neurodegenerativne bolesti.
Ovi 'kvarovi', zapravo su učestala oštećenja DNK-a, tzv. DNA-protein crosslinks (DPC), koji se javljaju kada se protein nepovratno veže na DNA molekulu, i u fokusu su istraživanja Grupe za DNA popravak u Laboratoriju za molekularnu ekotoksikologiju. Naime, ovaj tim zadnjih godina istražuje kako ovakva učestala oštećenja utječu na naše zdravlje i pronalaze načine za njihov popravak.
Na staničnoj razini neispravan popravak DPC oštećenja vodi do lomova DNK-a, genomske nestabilnosti i stanične smrti, dok se na razini organizma neispravan popravak povezuje s rakom, starenjem i neurodegenerativnim bolestima. Upravo zbog toga, razumijevanje mehanizama popravka DNK-a u životinjskim modelima od velike je važnosti za razvoj novih lijekova odnosno za potencijalno liječenje bolesti, objašnjava dr. sc. Marta Popović, dopisna autorica na radu i voditeljica Grupe za DNK popravak.
Kako bi mogli proučiti mehanizme popravka DNK-a, ovaj tim je stvorio čak sedam novih sojeva zebrica, svaki s posebnim genetskim promjenama. Zebrice su odabrane kao modelni organizmi zbog nekoliko prednosti u odnosnu na tradicionalne životinjske modele poput glodavaca, a posebno zbog sličnosti s ljudskim genomom. Dodatno, zebrica je jedini kralježnjak čiji je genom sekvenciran i analiziran u sličnoj kvaliteti kao genom čovjeka i miša.
Povrh toga, molekularni mehanizmi, razvoj stanica i fiziologija organa, uključujući srce, bubreg, jetru, gušteraču, crijevni trakt, mozak i spolne žlijezde, slični su kao kod ljudi i zato se danas zebrica koristi kao model za proučavanje raka, neurodegenerativnih, kardiovaskularnih i metaboličkih bolesti. Također, korištenje ribljih modela umjesto miševa i štakora u skladu je s nastojanjima da se smanji korištenje modela sisavaca u znanstvenim istraživanjima s ciljem ostvarivanja 3R (Reduce, Refine & Replace) principa u skladu sa direktivama EU-a.
Tijekom svog istraživanja, znanstvenici su otkrili da su dva enzima izuzetno važna za popravak našeg DNK-a. Jedan od tih enzima, SPRTN proteaza, funkcionira poput hitne službe koja uklanja veće probleme, dok drugi, TDP1 fosfodiesteraza, djeluje kao stručnjak za rješavanje specifičnih poteškoća. Također, nedostatak ovih enzima kod ljudi uzrokuje pojavu raka u ranoj dobi, preuranjeno starenje i neurološke poremećaje.
Posebno značajno je otkriće povezano s nedostatkom enzima TDP1, koji uzrokuje SCAN1 sindrom, što je neurološki poremećaj koji se manifestira kao cerebelarna atrofija, senzorni poremećaji, slabost mišića i progresivna ataksija. Razumijevanje ovog mehanizma otvara put za razvoj novih terapija za liječenje ovog i sličnih poremećaja, objašnjava dr. Popović.
Mnogi klinički odobreni lijekovi uključujući irinotekan, topotekan i etopozid nepovratno vežu proteine topoizomeraze na DNK, te tako sprječavaju diobu tumorskih stanica i naposljetku uzrokuju njihovu smrt. Učinkovitost ovih lijekova mogla bi se znatno poboljšati kada bi se oni kombinirali s inhibitorima drugih komponenti DPC popravka. Kombinirana terapija usmjerena na inaktivaciju enzima SPRTN i TDP1 obećavajuća je strategija za liječenje raka zajedno s irinotekanom i topotekanom koji se već koriste u klinici, objašnjava dr. Popović.
Ovo istraživanje primjer je kako napredna genetska tehnologija može pružiti dublji uvid u složene biološke procese i potencijalno dovesti do novih otkrića i terapija u medicini.
Istraživanje je dio doktorskog rada asistenta Ivana Antičevića koje je uz pomoć suradnice dr. sc. Cecile Otten i dvaju diplomanata Luke Vinkovića i Luke Jukića, pod vodstvom dr. Marte Popović izrađeno u cijelosti na IRB-u, a pogon za zebrice u Grupi za DNK popravak trenutno je jedino mjesto u Republici Hrvatskoj i šire na kojem je moguće naučiti kako precizno izmijeniti genom riba pomoću sustava CRISPR/Cas.
Rezultate istraživanja Ivan Antičević je nedavno prezentirao na međunarodnoj konferenciji ''3rd Chromosomal Instability as a Driver of Human Disease Conference'' gdje je dobio EMBO nagradu (European Molecular Biology Organization) za najbolji poster.
Rad Grupe koju vodi dr. Marta Popović financiran je od strane Hrvatske zaklade za znanost putem uspostavnog istraživačkog projekta (UIP-2017-05-5258), slovensko-hrvatskog bilateralnog istraživačkog projekta (IPS-2020-01-4225) i STIM-REI projekta Europskih strukturnih i investicijskih fondova (KK.01.1.1.01.0003).
