Các cơ chế sửa chữa dna và cơ chế hoạt động của thuốc ức chế parp trong điều trị ung thư

Các chế sửa chữa DNA chế hoạt động thuốc ức chế PARP điều trị ung thư Mở đầu • Mỗi ngày, tế bào có từ 10.000 đến 100.000 vị trí chuỗi DNA bị tổn thương • Các tổn thương mau chóng sửa chữa hệ thống enzyme TB có nhiệm vụ phát sửa chữa tổn thương • Có nhiều kiểu tổn thương DNA, gây bởi: • Nguyên nhân nội sinh: sai lệch DNA nhân đôi, base nucleic bị gốc amin, DNA bị oxy hóa gốc tự có oxy phản ứng mạnh, sản xuất từ chuyển hóa TB… • Ngun nhân ngoại sinh: nhiễm xạ ion-hóa, tia cực tím, hóa chất/ chất độc, nhiễm virus, stress từ môi trường, … Nguyên nhân gây kiểu tổn thương DNA Base bắt cặp sai khơng có base để bắt cặp Gãy chuỗi đơn Tổn thương base Gãy chuỗi đôi Liên kết chéo nhánh Liên kết chéo nhánh adduct kích thước lớn Cơ chế sửa chữa loại tổn thương DNA Sửa lỗi bắt cặp sai Cắt bỏ base sai Kết nối tận-tận không đồng dạng, Tái tổ hợp đồng dạng Cắt bỏ nucleotid sai https://www.cambridge- urologicalmalignancies.org.uk/post/robert- hanson-breakfast-meeting Quy trình sửa chữa DNA • Các protein chức rà tìm, nhận diện sai lệch, tổn thương, vị trí xác DNA • Kêu gọi protein chức khác đến thực việc sửa chữa • Cắt đoạn DNA phía tổn thương Cắt đoạn DNA phía bên tổn thương  Loại bỏ đoạn DNA bị lỗi • Kêu gọi protein đến tổng hợp đoạn DNA dựa theo quy luật bắt cặp từ nhánh DNA chị em • Hồn tất việc sửa chữa Các phân tử protein tham gia trình sửa chữa bắt cặp sai DNA (MMR-Mismatch repair) • Protein gen MMR: MSH2, MSH6, MLH1 PMS2 • MSH2 + MSH6 = MutSα • MLH1 + PMS2 = MutLα • PCNA (proliferating cell nuclear antigen) • RFC (replication factor C) • Endonuclease • Exonuclease • Polymerase • Ligase Nives Pecina-Šlaus (2020) Frontiers-doi: 10.3389/fmolb.2020.00122 Cách MMR sửa lỗi bắt cặp sai DNA Phân tử MutSα (phân tử nhị hợp MSH2-MSH6 người) MutSβ khởi động trình sửa chữa cách nhận diện gắn vào vị trí bắt cặp sai Các phân tử khác huy động đến phức hợp này, MutLα (phân tử nhị hợp MLH1- PMS2), phân tử PCNA (proliferating cell nuclear antigen) phân tử RFC (replication factor C) PMS2 (men endonuclease) khởi động việc cắt chuỗi DNA gần vị trí kết hợp sai, tạo gãy chuỗi đơn mở lối cho men exonuclease (EXO1) vào cắt rời phần lại đoạn kết hợp sai Men Polymerase (Polδ) tổng hợp đoạn DNA dựa theo khuôn mẫu chuỗi DNA chị em Cuối men Ligase hàn gắn đoạn DNA vào chuỗi DNA cũ  hoàn tất trình sửa chữa Cơ chế sửa chữa base sai/ nucleotid sai DNA glycosylase men nhận diện lấy base bị tổn thương DNA cách cắt liên kết base phân tử đường Tiếp sau enzyme tổng hợp hàn gắn tái tạo lại đoạn nucleotid hoàn chỉnh NER cách sửa chữa đặc hiệu cho tổn thương lớn DNA, gây tia cực tím Scholarly Community Encyclopedia-https://www.mdpi.com/1422-0067/20/23/6092/htm UV light Cơ chế sửa chữa gãy nứt chuỗi đơn/ chuỗi đôi DNA Câu chuyện Angelina Jolie Diễn viên điện ảnh Hollywood Angelina Jolie có mẹ, bà ngoại dì ruột UT buồng trứng, UT vú thân Angelina mang gen BRCA1 đột biến Cô ước tính nguy cơ bị UT vú đột biến di truyền 87% nguy UT buồng trứng 50% suốt đời cô Cô định phẫu thuật đoạn nhũ hai bên tái tạo tuyến vú vào tháng 2/2013 Tháng 3/2015 cô cắt bỏ thêm buồng trứng Câu chuyện gây hiệu ứng tồn giới (Angelina Jolie effect) Từ năm 2013, xét nghiệm gen trở nên phức tạp hơn, nhiều gen khác BRCA1, BRCA2, có khả gia tăng nguy UT vú, phát Chức gen BRCA1 BRCA2 điều kiện bình thường • Ở người, gen BRCA1 BRCA2 nắm mã cho việc sản xuất protein có chức ức chế bướu (tumor suppressor gene) • BRCA viết tắt từ Breast Cancer, vai trò gen tìm lần từ bệnh UT vú, năm 1994 năm 1995 • Mọi người, nam nữ, có gen BRCA1,2 hoạt động để sửa chữa nứt gãy chuỗi đôi DNA, góp phần kiểm sốt nhân đơi, tăng trưởng tế bào Vị trí gen BRCA1,2 nhiễm sắc thể người BRCA1: 17q21 BRCA2:13q12.3 Khác vị trí kiểu hình Cắt bỏ base sai (BER) Cơ chế sửa chữa Cắt bỏ nucleotid sai (NER) Kết nối không tương đồng(NHEJ) Sửa chữa tái tổ hợp tương đồng(HRR) Ghép cặp sai, chèn đoạn, đoạn nucletoid Gắn với độc chất Gãy chuỗi đơn Gãy chuỗi đôi Gồm ATM, BRCA1/2, PALB2, CHEK1/2, RAD51 Sửa lỗi ghép cặp sai (gồm MSH2, MLH1) ATM=ataxia telangiectasia mutated; BER=base excision repair; BRCA1/2=breast cancer gene 1/2; CHEK1/2=checkpoint kinase 1/2; HRR=homologous recombination repair; MLH2=MutL Homolog 1; MSH2=MutS protein homolog 2; NER=nucleotide excision repair; NHEJ=non-homologous end joining; PALB2=partner and localiser of BRCA2 Lord CJ and Ashworth A Nature 2012;481:287–293; O’Connor MJ Mol Cell 2015;60:547–560 Sửa chữa tái tổ hợp tương đồng (HRR) chế sửa chữa đứt gãy chuỗi đơi DNA Nhắc lại kiểu tổn thương DNA chế sửa chữa (bao gồm PARP) Sửa chữa đứt gãy chuỗi đôi DNA Cơ chế tái tổ hợp tương đồng (Homologous recombination repair – HRR) Cơ chế kết nối không tương đồng (Non-homologous end joining – NHEJ) Những đường sửa chữa cho tổn thương nứt gãy chuỗi đơi DNA Slide credit: clinicaloptions.comAparicio DNA Repair (Amst) 2014;19:169 BRCA1 khóa 53BP1, Phức hợp MRE11 bám vào đầu tự sợi đơn 53BP1 không cho MRE11 gắn vào đầu tự Kết nối không tương đồng đầu chỗ gãy dính lại vào Tái tổ hợp tương đồng BRCA2 huy động RAD51, PALB2 BRCA1 Sister chromatid 53BP1 MRE11 Sửa chữa làm hồi phục DNA cũ Sửa chữa làm đoạn DNA 53BP1 BRCA2 PALB2 BRCA1 Cơ chế sửa chữa DNA BRCA1 BRCA2 (Tái tổ hợp tương đồng - HRR) 1- Đứt gãy nhánh chuỗi DNA 2- Protein BRCA khởi động cắt đoạn DNA bị tổn thương theo hướng 5’ đến 3’ 3- Protein BRCA2 phối hợp RAD51 PALB2 tạo sợi quấn quanh đoạn DNA cần sửa chữa 4- Chuỗi nhiễm sắc thể “chị em” tiến sát gần để cung cấp thông tin giúp tổng hợp đoạn DNA 5- Hai nhánh DNA chuyển vị trí, DNA tổng hợp hàn gắn lại cho hoàn chỉnh 6- Việc sửa chữa chuỗi DNA hoàn tất Hệ gen sửa chữa DNA bị đột biến Nếu việc sửa chữa DNA khơng hồn chỉnh  sản xuất protein bất thường, dẫn đến ung thư Khi đột biến BRCA1,2 gây ung thư? • Mỗi tế bào có (cặp allele) BRCA1 BRCA2 • UT chưa xảy đột biến allele Khi hai allele bị đột biến, TB trở nên ác tính • BRCA 1,2 có độ thấm cao (penetrance) vú, buồng trứng, nên bị đột biến, xác suất cao biểu kiểu hình BRCA1BRCA2 Đột biến mắc phải • Là đột biến tế bào sinh dưỡng • Một người phát UT tiền sử gia đình trực hệ bậc 1, bậc 2, khơng mắc bệnh UT • Khi xét nghiệm tìm đột biến gen thấy đột biến tế bào bướu mà khơng có tế bào bình thường khác Đột biến di truyền • Là đột biến dòng mầm, xuất phát từ tế bào sinh dục từ cha từ mẹ • Khi người phát UT tiền sử gia đình trực hệ bậc 1, bậc 2, có nhiều người mắc bệnh UT • Khi xét nghiệm tìm đột biến gen, thấy ngồi đột biến tế bào bướu BN, cịn có tất tế bào khác thể, dạng dị hợp tử Nguy di truyền có đột biến gen BRCA 1,2 dịng mầm • ~ 50% số BN mang gen BRCA đột biến • Người mang gen đột biến có nguy cơ: BRCA1 BRCA2 • Ung thư vú (cho đến tuổi 80) 50-85% 50-85% • Ung thư buồng trứng (cho đến tuổi 80) 20-60% đến 27% • Ung thư vú nam Tăng nhẹ ~ 6% Daly MD: NCCN 2002 genetic/familial high-risk assessment clinical practice guidelines in oncology PARP gì? • Viết tắt từ Poly [ADP-Ribose] Polymerase • Là protein nắm mã gen PARP • Chức PARP nhận diện tổn thương chuỗi đơn DNA huy động yếu tố sửa chữa DNA, để: • Cắt bỏ base sai (BER – Base excision repair) • Cắt bỏ nucleotide sai (NER - Nucleotide excision repair) • Sửa lỗi ghép cặp sai (MMR - Mismatch repair) • Tái tổ hợp tương đồng kết nối không tương đồng (HRR NHEJ) Pascal JM (November 2018) "The comings and goings of PARP-1 in response to DNA damage" DNA Repair 71: 177–182 Mối liên hệ PARP BRCA • Trong tế bào có BRCA1 khơng hoạt động  có gia tăng hoạt động PARP để sửa chữa tổn thương DNA • Ngược lại, tế bào có PARP bị ức chế  đường tái tổ hợp tương đồng gia tăng hoạt động Poly(ADP-ribose) Polymerase (PARP-1) in Homologous Recombination and as a Target for Cancer Therapy - https://doi.org/10.4161/cc.4.9.2031 PARP phát tổn thương chuỗi đơn DNA huy động protein sửa chữa DNA đến vị trí tổn thương Ohmoto Onco Targets Ther 2017;10:5195 Murai Cancer Res 2012;72:5588-5599 Murai Mol Cancer Ther 2014;13:433-443 Pommier Sci Transl Med 2016;8:362ps17 Gãy chuỗi đơn DNA PARP1 bám vào DNA PARP1 huy động đồng yếu tố để sửa chữa DNA Lig3 XRCC1 POLβ PNK PARP PARP PARP1 tự biến đổi để tách khỏi DNA Q trình sửa chữa hồn tất Chú ý  PARP1 phải tự biến đổi để tách khỏi DNA  Thuốc ức chế PARP khiến PARP bị gắn chặt vào DNA PARP Slide credit: clinicaloptions.com Tổn thương chuỗi đơn PARP chạy đến bị PARP-I bẫy nên dính chặt vào tổn thương Chuỗi DNA mở xoắn để nhân đơi, thất bại vướng phức hợp PARP-PARP-i gây thêm nứt gãy chuỗi đôi Nếu BRCA 1.2 không bị đột biến, chế tái tổ hợp tương đồng hoạt động tốt, tổn thương chuỗi đôi sửa chữa Nếu chế tái tổ hợp tương đồng bị khiếm khuyết tế bào chết! Thuốc ức chế PARP (PARP-inhibitor) chế hoạt động tế bào UT có đột biến BRCA1/2 • PARP-inhibitors: olaparib, niraparib, rucaparib • Thuốc ức chế hoạt động PARP khóa chặt PARP vào vị trí tổn thương DNA.Từ tổn thương chuỗi đơn không sửa chữa được, DNA chuyển thành tổn thương chuỗi đơi • Trong tế bào có gen BRCA bị đột biến, khơng hoạt động, thêm PARP bị khóa chặt vào vị trí tổn thương  DNA không sửa chữa  tế bào chết https://blogs.ed.ac.uk/institute-genetics-cancer/2019/11/25/cellular-responses-to-dna-damage-mechanistic-insights-and-clinical-applications/ Tế bào bình thường Sửa chữa tái tổ hợp tương đồng Sửa chữa gãy sợi đơn DNA Tế bào bình thường + ức chế PARP Khiếm khuyết tái tổ hợp tương đồng + ức chế PARP Khiếm khuyết tái tổ hợp tương đồng Tế bào sống sót Ashworth J Clin Oncol 2008;26:3785 Lord Nat Rev Cancer 2016;16:110 Lord Science 2017;355;1152 Slide credit: clinicaloptions.com Nguyên lý “Tính gây chết tổng hợp”- Synthetic lethality Chức bình thường Bị chức Tính gây chết tổng hợp– Synthetic lethality trường hợp đột biến BRCA thể di truyền • Trong trường hợp đột biến BRCA thể di truyền, TB UT bị chức gen (BRCA PARP) TB UT chết ( Tính gây chết tổng hợp – Synthetic Lethality) • Trong TB khác thể allele gen BRCA chưa bị đột biến nên sống sót Kết luận • Tế bào điều kiện bình thường có chế để sửa chữa kiểu tổn thương DNA • Khiếm khuyết chế sửa chữa dẫn đến nhiều loại bệnh lý, có bệnh UT • Ngày y học nghiên cứu cách ứng dụng khiếm khuyết đích để điều trị số bệnh UT, bật khiếm khuyết chức tái tổ hợp tương đồng (HRD) việc điều trị thuốc ức chế PARP (PARPi), UT vú, UT tụy, UT tuyến tiền liệt hiệu UT buồng trứng dịch trong, grad cao Chân thành cảm ơn