Polimeraza DNA theta jako nowy cel w spersonalizowanej terapii przeciwnowotworowej, na przykładzie nowotworów mózgu i skóry

Abstract

DNA polymerase theta (Polθ) and its inhibitors (Polθi) have gained particular attention in the recent years. Polθ is involved in several DNA repair mechanisms, but mainly in theta-mediated end joining (TMEJ) – one of the DNA double-strand breaks (DSBs) repair pathways. The DNA repair destabilization and genetic mutations are the cancer hallmarks, making it possible to use the synthetic lethality approach to selectively kill cancer cells by inhibiting one of the DNA repair proteins. The main objective of the research was to determine the influence of Polθ inhibition and its combination with PARP or Rad52 inhibition and alkylating agents on glioblastoma and melanoma, simultaneously assessing their impact on normal cells. In or-der to evaluate it, we analyzed cell viability, apoptosis, proliferation and invasive character, level of DNA damage, cycle distri-bution and gene expression profile. The results show that combination therapy with Polθ and PARP1 or RAD52 inhibitors results in an increased anti-tumor effect against glioblastoma and melanoma, compared to single application of these compounds, most likely by inducing synthetic lethality. The addition of alkylating compounds temozolomide or dacarbazine for dual inhibition of repair proteins can significantly increase treatment efficacy, although it is also associated with increased toxicity to normal cells. In conclusion, based on the results we presume that inhibition of Polθ with simultaneous inhibition of PARP or Rad52 brings a synthetically lethal effect on glioblastoma and melanoma, having a minimal effect on normal cells. Moreover, the addition of alkylating drug strengthens the anticancer effect.

Polimeraza DNA theta (Polθ) i jej inhibitory (Polθi) zyskały szczególną uwagę w ostatnich latach. Polθ jest polimerazą DNA zaangażowaną w kilka mechanizmów naprawy DNA, ale głównie w theta-mediated end joining (TMEJ) - jeden z alternatywnych szlaków naprawy dwuniciowych pęknięć DNA (DSBs). Destabilizacja naprawy DNA i mutacje genetyczne są cechami charakterystycznymi raka, dzięki czemu możliwe jest zastosowanie podejścia syntetycznej letalności do selektywnego zabijania komórek nowotworowych poprzez hamowanie jednego z białek naprawy DNA. Głównym celem badań było określenie wpływu inhibicji Polθ i jej kombinacji z inhibicją PARP lub Rad52 oraz związkami alkilującymi na komórki glejaka i czerniaka, jednocześnie oceniając ich wpływ na normalne komórki. Aby to określić, przeanalizowaliśmy żywotność komórek, apoptozę, proliferację i charakter inwazyjny badanych komórek, poziom uszkodzeń DNA, roz-kład cyklu komórkowego i profil ekspresji genów. Wyniki pokazują, że terapia skojarzona inhibitorami polimerazy θ i PARP1 lub RAD52 skutkuje zwiększonym działaniem przeciwnowotworowym przeciwko glejakowi i czerniakowi, w porównaniu z pojedynczym zastosowaniem tych związków, najprawdopodobniej poprzez indukowanie syntetycznej letalności. Dodanie związków alkilujących temozolomidu lub dakarbazyny do skojarzonej inhibicji dwóch białek naprawczych może znacznie zwiększyć skuteczność leczenia, chociaż wiąże się to również ze zwiększoną toksycznością dla normalnych komórek. Podsumowując, na podstawie uzyskanych wyników przypuszczamy, że hamowanie Polθ z jednoczesnym hamowaniem PARP lub Rad52 przynosi syntetycznie letalny efekt na komórki glejaka i czerniaka, pozostawiając jedynie minimalny wpływa na komórki prawidłowe. Co więcej, dodanie leku alkilującego wzmacnia efekt przeciwnowotworowy.