Cercetările care i-au adus lui Aziz Sancar Premiul Nobel: repararea mecanistică a DNA
În acest articol
La 7 octombrie 2015, Academia Regală Suedeză de Științe a anunțat acordarea Premiului Nobel pentru Chimie din acel an unui număr de trei cercetători: Tomas Lindahl, Paul Modrich și Aziz Sancar. Motivația era o singură propoziție: «Pentru studii mecanistice privind repararea DNA.» Acest articol explică ce se află în spatele acelei propoziții, ce anume a descoperit Aziz Sancar și cum se reflectă astăzi descoperirea în tratamentul cancerului.
DNA nu este o moleculă stabilă. După formularea discursului Comitetului Nobel de la ceremonie, procesele chimice spontane produc zilnic mii de leziuni potențial distructive în genomul unei celule, iar acestora li se adaugă radiațiile ultraviolete, substanțele chimice cancerigene și erorile de copiere de la fiecare diviziune celulară. Supraviețuim deoarece celulele repară permanent aceste leziuni.
Acordarea premiului celor trei nu este întâmplătoare. Fiecare a elucidat un mecanism diferit de reparare, fără să împartă aceeași descoperire: au clarificat trei sisteme distincte și complementare. Lindahl a elucidat repararea prin excizia bazelor,, Modrich, repararea nepotrivirilor,, iar Sancar, repararea prin excizia nucleotidelor. Punctul comun este că nu s-au limitat la a spune că «există reparare», ci au arătat ce face fiecare proteină și în ce ordine, la nivel molecular. Exact aceasta exprimă cuvântul «mecanistic» din motivația Nobel.
| Premiul | Premiul Nobel pentru Chimie 2015 |
|---|---|
| Motivația oficială | «pentru studii mecanistice privind repararea DNA» — pentru studii mecanistice privind repararea DNA |
| Anunțarea | 7 octombrie 2015 |
| Ceremonia | 10 decembrie 2015, Stockholm |
| Laureații | Tomas Lindahl (n. 1938, Stockholm) · Paul Modrich (n. 1946, Raton, New Mexico) · Aziz Sancar (n. 8 septembrie 1946, Savur, Mardin) |
| Instituțiile | Francis Crick Institute / Clare Hall (Lindahl) · Institutul Medical Howard Hughes și Universitatea Duke (Modrich) · Universitatea Carolinei de Nord, Chapel Hill (Sancar) |
| Valoarea premiului | 8 milioane de coroane suedeze, împărțite egal în trei |
| Conferința Nobel a lui Sancar | 8 decembrie 2015 — «Mecanismele reparării DNA prin fotoliază și nucleaza de excizie» |
Trei mecanisme, trei probleme diferite
Leziunile DNA nu sunt toate la fel. Deteriorarea spontană a unei baze, introducerea unei litere greșite în timpul copierii și unirea a două baze vecine prin radiație ultravioletă sunt trei probleme diferite, rezolvate de celulă prin trei echipe distincte.
| Mecanismul | Ce leziune repară? | Cine l-a elucidat? |
|---|---|---|
| Repararea prin excizia bazelor reparare prin excizia bazelor |
Deteriorarea chimică spontană a unei singure baze, de exemplu transformarea citozinei în uracil | Tomas Lindahl 1974: enzima uracil-DNA glicozilază |
| Repararea nepotrivirilor repararea bazelor împerecheate greșit |
Introducerea unei litere greșite în timpul copierii | Paul Modrich 1989: grupările metil indică lanțul corect |
| Repararea prin excizia nucleotidelor reparare prin excizia nucleotidelor |
Leziuni voluminoase care deformează helixul DNA: dimeri de timină produși de UV, aducți ai carcinogenilor chimici și aducți ai cisplatinei | Aziz Sancar 1983: mecanismul dublei incizii realizate de proteinele UvrA, UvrB și UvrC |
O cifră arată eficacitatea reparării nepotrivirilor elucidate de Modrich: sistemul reduce frecvența erorilor produse la copierea DNA de aproximativ o mie de ori, adică, potrivit discursului ceremoniei Nobel, corectează %99,9 dintre ele. Pentru baza moleculară a eredității puteți citi despre experimentele lui Mendel cu mazăre,, iar pentru istoria tehnică a citirii și multiplicării DNA, articolul nostru despre PCR, disponibil pentru lectură.
Ce anume a descoperit Sancar?
Sistemul elucidat de Aziz Sancar este cea mai versatilă echipă de reparare a celulei. Repararea prin excizia nucleotidelor nu se ocupă de deteriorarea chimică a unei singure baze, ci de leziuni voluminoase care deformează helixul DNA, precum cele produse când radiația ultravioletă unește două timine învecinate, formând dimeri de timină,, fragmentele chimice atașate DNA de carcinogenii fumului de tutun și, esențial pentru tratamentul cancerului, aducții lăsați în DNA de chimioterapicele cu platină, precum cisplatina.
Ceea ce a făcut Sancar a fost reconstituirea acestui sistem în bacterii. În 1982 a realizat întregul proces de reparare în eprubetă, cu proteine purificate, și a publicat rezultatul în 1983. Mecanismul demonstrat era următorul:
Figura 1 · Repararea prin excizia nucleotidelor — mecanismul elucidat de Sancar
Etapele provin din sistemul bacterian, UvrA, UvrB și UvrC; la om, aceeași logică implică mai multe proteine. Lungimea fragmentului eliminat diferă între cele două organisme, iar diferența este indicată în caseta de mai jos.
De ce a lucrat pe bacterii? Este o poveste repetată în biologia laureată cu Nobel: pentru a înțelege un sistem uman complex, îi găsești mai întâi forma cea mai simplă. Reducerea reparării bacteriene la trei proteine a oferit harta elucidării sistemului uman, care are zeci de proteine. Aceeași strategie a funcționat și în descoperirea CRISPR-Cas9, apărarea bacteriei împotriva virușilor devenind astăzi un instrument de editare a genomului uman.
De la Savur la Stockholm: o cronologie
Parcursul lui Sancar este unul dintre cele mai neobișnuite din istoria științei. Datele de mai jos provin din autobiografia sa Nobel și din înregistrările oficiale.
Un detaliu al acestei cronologii trece adesea neobservat: când Sancar a început cercetarea care avea să conducă la Nobel, era cercetător postdoctoral și trecuse la știința fundamentală după vârsta de treizeci de ani, după doi ani de medicină provincială în Turcia. Este un exemplu concret împotriva credinței că o carieră științifică trebuie să evolueze «la vârsta potrivită, în ordinea potrivită». Descoperirea premiată a fost recunoscută după treizeci și doi de ani, un interval tipic pentru distanța dintre descoperire și premiu în știința fundamentală.
Metoda Maxicell: să corectăm o eroare răspândită
Când este pomenit Sancar, se repetă adesea propoziția: «Purificând enzimele implicate în repararea DNA, a dezvoltat o metodă de purificare numită maxicell». Propoziția trebuie corectată în două puncte.
În primul rând, maxicell nu este o metodă de purificare. La bacteriile purtătoare de plasmide, metoda permite identificarea proteinei codificate de plasmidă. Logica este următoarea: celulele cu mutații recA și uvrA, care nu își pot repara DNA, ale bacteriei E. coli sunt expuse ultravioletelor. Cromozomul propriu al bacteriei se fragmentează, în timp ce, fiind mai mic și suferind mai puține leziuni, DNA plasmidic supraviețuiește și se multiplică. Se administrează apoi aminoacizi marcați. Deoarece celula poate produce doar proteine plasmidice, numai acestea sunt marcate. Așadar, metoda nu separăproteine, ci le identifică.
În al doilea rând, nu a fost găsită o sursă pentru afirmația că «este încă folosită de numeroși cercetători». Ceea ce poate fi verificat și trebuie spus este că, potrivit autobiografiei Nobel a lui Sancar, articolul despre maxicell este cea mai citată publicație a carierei sale (Sancar A, Hack AM, Rupp WD, Journal of Bacteriology, 1979).
Un al treilea detaliu: acest studiu nu a fost realizat în laboratorul conducătorului său de doctorat Claud Rupert din Dallas, ci în laboratorul lui W. Dean Rupp de la Yale. Rupert aparține perioadei fotoliazei, iar Rupp perioadei reparării prin excizie.
Corectarea nu este un detaliu neimportant. Înțelegerea motivului pentru care Sancar a dezvoltat maxicell explică posibilitatea descoperirii principale: după clonarea genelor uvrA, uvrB și uvrC, trebuia să vadă ce proteine produc acestea efectiv. Exact aceasta a permis Maxicell. După identificare, proteinele au putut fi purificate și reunite în eprubetă. Metoda era instrumentul descoperirii, nu descoperirea însăși.
Fotoliaza: prima pasiune a lui Sancar, enzima care ne lipsește
Povestea științifică a lui Sancar începe, de fapt, cu altă enzimă. Conducătorul său de doctorat, Claud Rupert, descoperise în 1958 enzima fotoliază. Aceasta face ceva extraordinar: se leagă de dimerul de timină produs de ultraviolete și îl desface pe loc folosind energia luminii albastre. Fără tăiere, fără eliminare, fără rescriere: o anulare într-o singură etapă. Sancar a clonat gena acestei enzime în 1975.
Au trecut optsprezece ani, iar Sancar și echipa sa au demonstrat de această dată că la om nu există fotoliază.
Figura 2 · Două căi de reparare a leziunilor UV și cea care lipsește la om
Studiul lui Sancar și al echipei sale din 1993 a detectat cu ușurință fotoliaza în extracte de E. coli,, drojdie și șarpe cu clopoței, dar nu în celule umane. Metoda era suficient de sensibilă pentru a detecta chiar și 10 molecule pe celulă.
Iată un frumos exemplu de onestitate științifică: Sancar a realizat studiul care arăta că enzima ce îi marcase începutul carierei lipsește la om în propriul laborator și l-a publicat. Relevanța cercetării fotoliazei pentru om a venit însă din altă direcție: rudele acestei familii de enzime alcătuiesc ceasul biologic al mamiferelor sub numele de criptocromi. De aici a apărut a doua mare direcție de cercetare a lui Sancar, legată direct de programarea chimioterapiei; am prezentat-o în articolul nostru despre ritmul circadian și chimioterapie, unde este discutată.
Ce se întâmplă când repararea este defectă? Două boli, două lecții
Calea cea mai directă de a înțelege importanța reparării DNA este examinarea persoanelor cu defecte congenitale de reparare. Două boli sunt aici ca niște fișe de evaluare pentru două sisteme diferite.
Xeroderma pigmentosum — defectarea căii lui Sancar
Xeroderma pigmentosum este o boală rară în care repararea prin excizia nucleotidelor este defectă genetic. Cu alte cuvinte, mecanismul prezentat în Figura 1 nu funcționează. Consecințele arată singure cât de vital este sistemul.
| În xeroderma pigmentosum | Față de populația generală | Vârsta apariției |
|---|---|---|
| Cancer de piele nonmelanomic, bazocelular și scuamos | De peste 10.000 de ori riscul | Mediană 9 ani — cu aproximativ 60 de ani mai devreme |
| Melanom | De peste 2.000 de ori riscul | Mediană 22 de ani — cu peste 30 de ani mai devreme |
| Tumori ale organelor interne | De 34 de ori riscul | Cu aproximativ 50 de ani mai devreme |
La acești pacienți, durata mediană a vieții, dacă există afectare neurologică, este de 29 de ani,, iar în absența ei, de 37 de ani. Cifrele arată că leziunile ultraviolete provocate de soare se produc, chiar dacă nu le observăm, în fiecare zi, iar un sistem le repară zilnic. Când sistemul nu funcționează, cancerul care ar apărea în mod normal după șaizeci de ani apare la nouă ani. Pentru simptomele și stadiile melanomului puteți consulta articolul nostru separat, dedicat acestui subiect.
Sindromul Lynch — defectarea căii lui Modrich
Un defect ereditar într-una dintre genele care asigură repararea nepotrivirilor (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 sau EPCAM) înseamnă existența sindromului Lynch, cea mai frecventă cauză a cancerului colorectal ereditar.
| Gena | Riscul de cancer colorectal până la 70 de ani | Riscul de cancer endometrial până la 70 de ani |
|---|---|---|
| MLH1 | %46 (bărbați) / %44 (femei) | %35 |
| MSH2 | %46 (bărbați) / %42 (femei) | %46 |
| MSH6 | %12 (bărbați) / %20 (femei) | %41 |
| PMS2 | %3 | %12–13 |
| EPCAM | %75 | %12 |
La citirea tabelului trebuie avute în vedere două lucruri. În primul rând, aceste proporții sunt calculate nu «pe durata vieții», ci «până la 70 de ani», cele două nefiind același lucru. În al doilea rând, informația cea mai utilă în clinică este că riscul variază mult în funcție de genă. La persoanele cu MLH1 sau MSH2, cancerul colorectal apare la o vârstă mediană de 44 de ani, în timp ce la purtătorii PMS2 vârsta este de 61–66 de ani, iar riscul este mult mai mic. «Sindromul Lynch» nu reprezintă un singur tablou; gena afectată modifică frecvența monitorizării și decizia privind chirurgia preventivă. Stabilirea intervalului dintre colonoscopii este prezentată în articolul nostru separat,, iar decizia privind chirurgia preventivă la persoanele cu risc ereditar, în articolul nostru despre BRCA, unde am discutat subiectul.
Cele două boli oferă aceeași lecție: cancerul apare adesea nu «fiindcă DNA a fost lezat», ci pentru că leziunea nu poate fi reparată. Leziunile se produc oricum permanent, iar mutațiile sunt inevitabile. Ceea ce determină cancerul este echilibrul dintre leziune și reparare, nu leziunea însăși. Acest echilibru este analizat în detaliu în articolul despre modul în care leziunile DNA influențează transformarea canceroasă, unde este explicat pe larg.
Contradicția principală: protejarea și inhibarea reparării
Pe măsură ce înțelegem repararea DNA, apare inevitabil o întrebare. Și celulele canceroase folosesc repararea DNA, chiar mai mult decât cele sănătoase, deoarece trebuie să elimine permanent leziunile produse de diviziunea rapidă. Un medicament care inhibă repararea ar putea deci omorî tumora. Același medicament ar inhiba însă și repararea în celulele sănătoase.
Aceasta este problema clasică a farmacologiei oncologice, numită fereastră terapeutică:intervalul în care medicamentul afectează tumora, fără a afecta pacientul. În căile de reparare, această fereastră este foarte îngustă. Cum a fost depășită contradicția?
Răspunsul este ideea numită «letalitate sintetică» (synthetic lethality). Logica este următoarea: pierderea separată a oricăreia dintre două gene permite supraviețuirea celulei, dar pierderea amândurora provoacă moartea celulei. Dacă celula tumorală are unul dintre aceste defecte deja, inhibarea celui de-al doilea printr-un medicament omoară doar acea celulă. În celula sănătoasă, ambele căi sunt intacte, astfel încât medicamentul este tolerat. Așadar, selectivitatea nu provine din medicamentul însuși, ci din defectul pe care tumora îl are deja, aceasta fiind sursa selectivității.
Figura 3 · Letalitatea sintetică: de ce inhibitorii PARP omoară doar anumite tumori?
PARP participă la repararea rupturilor monocatenare. Genele BRCA fac parte din calea care repară rupturile bicatenare prin «recombinare omoloagă». Schema arată cele patru combinații posibile ale acestor căi.
Această idee este unul dintre cele mai clare exemple ale transformării științei fundamentale premiate cu Nobel în practică clinică. Fără căile cartografiate de Lindahl, Modrich și Sancar, nu am ști ce cale lipsește în fiecare tumoră și, astfel, nici cui să administrăm fiecare medicament. De aici provine unul dintre cele mai concrete exemple actuale de personalizare a tratamentului cancerului.
Ce există astăzi în clinică? Aplicații concrete
Afirmația «știința fundamentală va fi utilă într-o zi» rămâne adesea abstractă. Aici nu este abstractă. Toate exemplele de mai jos provin din cartografierea căilor de reparare a DNA și sunt aprobate astăzi ca tratamente.
1. Imunoterapia tumorilor cu defecte de reparare
Tumorile cu reparare defectuoasă a nepotrivirilor (dMMR) sau instabilitate microsatelitară înaltă (MSI-H) acumulează numeroase mutații din cauza erorilor nereparate. Mutațiile produc fragmente proteice străine și fac tumora «vizibilă» sistemului imunitar.
23 mai 2017 reprezintă un moment de cotitură în istoria medicamentelor anticancer. FDA a aprobat pembrolizumabul indiferent de organul de origine al tumorii,cu singura condiție a prezenței caracteristicii MSI-H/dMMR. Potrivit formulării FDA, «aceasta este prima aprobare FDA independentă de țesut sau localizare». Astfel, pentru prima dată, aprobarea unui medicament oncologic nu s-a bazat pe tipul cancerului, ci pe defectul molecular al acestuia. Aprobarea s-a bazat pe 5 studii cu un singur braț, cu date de la 149 de pacienți: rata de răspuns era de %39,6, iar dintre cei cu răspuns, la %78 acesta a durat cel puțin 6 luni. Aprobarea accelerată a devenit aprobare completă la 28 martie 2023, prin această actualizare.
Cel mai remarcabil exemplu al acestei abordări a fost observat în cancerul rectal. Pacienții cu cancer rectal local avansat și reparare defectuoasă a nepotrivirilor au primit, în loc de operație, radioterapie și chimioterapie, doar dostarlimab (timp de 6 luni, o dată la 3 săptămâni). La momentul raportării, dintre pacienții evaluabili, toți cei 14 din 14 au avut răspuns clinic complet, niciunul nu a necesitat chimioterapie, radioterapie sau operație și nu s-au observat efecte adverse de gradul 3–4.
Rezultatul este entuziasmant, dar nu trebuie exagerat; aceasta este avertizarea noastră. Numărul pacienților evaluați a fost de 14iar la raportare, urmărirea mediană era de 6,8 luni. Recidivele cancerului rectal pot apărea după ani. În plus, această abordare este valabilă doar în tumorile dMMR, iar majoritatea cancerelor rectale nu aparțin acestui grup. Știrile cu titlul «tratamentul cancerului rectal fără operație» omit adesea aceste două condiții. În articolul nostru despre cancerul colorectal puteți găsi cadrul general al tratamentului bolii.
2. Medicamente care vizează defectele de reparare: inhibitorii PARP
Aplicația clinică a letalității sintetice explicate în Figura 3 o reprezintă inhibitorii PARP. Prima aprobare americană a acestei clase a fost acordată olaparibului la 19 decembrie 2014, prin procedura accelerată, pentru paciente care primiseră cel puțin trei linii de chimioterapie și aveau mutații BRCA ereditare și boală avansată de cancer ovarian, acestea fiind pacientele eligibile.
În zece ani, această singură indicație s-a extins la numeroase cancere. Indicațiile din informația actuală a olaparibului includ cancerul ovarian avansat, întreținere în prima linie și la recidivă, cancerul ovarian HRD-pozitiv în asociere cu bevacizumab, cancerul cu mutații BRCA și HER2-negativ de sân, atât în stadiu incipient, cât și metastatic, întreținerea bolii metastatice cu mutații BRCA în cancerul pancreatic și boala metastatică rezistentă la castrare, cu mutații BRCA/HRR, în cancerul de prostată, incluse între indicații.
Cele mai puternice dovezi au venit din studiul pentru cancerul de sân în stadiu incipient, OlympiA. Pacienți cu mutații BRCA ereditare și cancer de sân incipient cu risc înalt, în total 1.836,au primit olaparib sau placebo timp de un an după tratamentele standard:
| OlympiA — rezultate la 3 ani | Olaparib | Placebo |
|---|---|---|
| Supraviețuire fără boală invazivă | %86,1 | %77,3 |
| Supraviețuire fără boală la distanță | %88,0 | %81,0 |
| Supraviețuire globală | %92,0 | %89,1 |
Diferența de supraviețuire globală este de 3,8 puncte,, cu un raport al riscurilor de 0,68 (p=0,009). Diferența relativă și cea absolută trebuie citite împreună: reducerea relativă a riscului cu %32corespunde, la trei ani, unui câștig absolut de 3,8 puncte. Ambele sunt corecte; alegerea uneia determină tonul știrii. Pe baza acestor date, FDA a aprobat olaparibul la 11 martie 2022, ca tratament adjuvant în cancerul de sân incipient cu risc înalt și mutații BRCA.
3. Partea realistă a situației
Problema ferestrei terapeutice nu este rezolvată pe hârtie. Informațiile de produs ale olaparibului conțin o avertizare privind sindromul mielodisplazic și leucemia mieloidă acută: în datele cumulate, frecvența este de %1,2 (la 2.219 pacienți, 26 de cazuri) iar dintre aceste 26 de cazuri, %54 au avut evoluție letală. Apariția survine, în medie, după aproximativ doi ani de tratament. Există un factor important de confuzie: toți acești pacienți primiseră anterior platină sau alte tratamente care lezează DNA,, astfel încât nu este clar cât din risc aparține inhibitorului PARP. Într-o metaanaliză cu 23 de studii randomizate și 8.857 de pacienți, ratele cancerelor secundare au fost de %0,9 față de %0,7, iar diferența nu a fost semnificativă statistic. Ambele constatări sunt corecte și trebuie prezentate împreună.
Noile clase de medicamente care vizează căile de reparare se confruntă cu aceeași problemă. Adavosertibul, inhibitor WEE1,într-un studiu de fază 2 pentru carcinomul seros uterin recidivat, a arătat o rată de răspuns de %26, deci medicamentul funcționa. Însă la %60,6 dintre pacienți au apărut efecte adverse de gradul 3 sau mai mare, iar dezvoltarea medicamentului nu a continuat. Ceralasertibul, inhibitor ATR, și alți candidați sunt încă în dezvoltare clinică; la pregătirea articolului, nu a fost identificat niciun medicament care să vizeze ATR, ATM, WEE1 sau DNA-PK și să fie aprobat de FDA.
Pe scurt: ideea țintirii reparării DNA funcționează, dar numai când știm ce cale de reparare este defectă în tumoră. Țintirea fără această cunoaștere se lovește de toxicitate, ca în cazul adavosertibului. Revenim astfel la lecția principală a Nobelului: medicamentele nu pot fi proiectate fără cunoașterea mecanismului.
A doua direcție: repararea are un orar?
Cercetarea fotoliazei de către Sancar a deschis o direcție neașteptată. Rudele familiei fotoliazei la mamifere, criptocromii, nu detectează lumina pentru a repara DNA; în schimb, stabilesc ceasul biologic. Pornind de aici, laboratorul Sancar a întrebat: dacă proteinele ceasului și cele ale reparării sunt înrudite, poate varia în timpul zilei și repararea însăși?
Răspunsul a fost afirmativ. Un rezultat raportat de laborator a fost că șoarecii expuși radiației UVB dimineața, comparativ cu cei care primeau aceeași doză seara, erau predispuși la cancer de piele invaziv de aproximativ patru ori mai mult. Aceeași echipă a cartografiat repararea aducților de platină la șoareci tratați cu cisplatină, pe durata unei zile, la intervale de patru ore, în întregul genom și cu rezoluție de o nucleotidă.
Există două obstacole serioase în extrapolarea acestor date la om, deseori omise; aceasta este avertizarea noastră. În primul rând, rezultatele au fost obținute la șoareci. În al doilea rând, mai important, șoarecii sunt animale nocturne:«dimineața» lor și dimineața noastră nu reprezintă aceeași fază biologică. Prin urmare, concluzii directe precum «nu stați la soare dimineața, ci seara» sau «faceți chimioterapia la această oră» din aceste date nu pot fi trase. Ideea în sine, că repararea variază cu ora zilei, este solidă și merită testată la om; este însă prea devreme pentru recomandări practice. Am analizat subiectul în detaliu în articolul despre programarea corectă a chimioterapiei, dedicat acestuia.
Aceeași prudență este valabilă și pentru alte știri vehiculate în numele lui Sancar. În Turcia, un studiu al său a fost prezentat drept «descoperirea care va determina renunțarea la fumat». Ce spunea studiul în realitate am examinat într-un articol separat. Este frumos ca un cercetător să fie iubit în țara sa; când această afecțiune transformă rezultatele în exagerări, cel mai afectat este chiar cercetătorul.
XR-seq: cartografierea reparării
Dezvoltată de Sancar în 2015, metoda XR-seq reprezintă trecerea de la mecanism la hartă. Ideea pe care se bazează este elegantă: când celula umană repară o leziune, rezultă un fragment de aproximativ 30 de nucleotide. Dacă aceste fragmente sunt colectate și secvențiate, se poate vedea ce punct al genomului este reparat, când și cu ce intensitate, cu rezoluție de o singură nucleotidă.
Un an mai târziu, metoda a fost aplicată cisplatinei și a dat un rezultat interesant: leziunile produse de cisplatină sunt distribuite în genom aproape uniform,, dar repararea nu este deloc uniformă, variind mult după starea transcripțională și structura cromatinei. Așadar, încărcătura de mutații a unei gene nu este determinată de cantitatea leziunilor, ci de cât de bine este reparată gena. De ce contează locul acumulării mutațiilor în genom am discutat într-un articol separat, dedicat subiectului.
Comentariul Academiei DROZDOGAN
Povestea lui Aziz Sancar circulă în Turcia în principal ca o poveste de mândrie națională. Partea cu adevărat valoroasă este însă alta: un medic care, după doi ani de practică provincială, trece la știința fundamentală după treizeci de ani și reconstituie un mecanism ce avea să aducă premiul după treizeci de ani în eprubetă. Aceasta nu este o poveste despre naționalitate, ci o poveste despre metodă.
⚡ De ce este important
Fiindcă o mare parte din ceea ce numim astăzi tratament personalizat în oncologie provine din căile cartografiate de acești trei cercetători. Imunoterapia în tumorile MSI-H, inhibitorii PARP în tumorile cu BRCA mutant și screeningul precoce în sindromul Lynch nu ar fi fost posibile fără cunoașterea proteinelor și a modului în care funcționează repararea. Cel mai concret răspuns la întrebarea «la ce folosește știința fundamentală?» se află în secțiunea a șaptea a articolului.
✅ Punctul forte
Munca lui Sancar reprezintă una dintre cele mai dificile forme de biologie: să descompui un proces în componente și să îl reconstitui. Dacă poți reporni întregul mecanism în eprubetă, cu proteine purificate, înseamnă că l-ai înțeles cu adevărat. Este dovadă, nu presupunere. În plus, dubla incizie a fost un rezultat neprevăzut de nimeni înaintea sa; de aceea enzima a primit numele de «excinuclează», aceasta fiind originea denumirii.
⚠️ Ce necesită atenție
În relatările populare circulă trei erori. Prima: «Sancar a descoperit repararea DNA». Nu; ideea reparării exista din anii 1950, iar Sancar a elucidat un mecanism, premiul pentru trei mecanisme fiind acordat unui număr de trei persoane. A doua: descrierea maxicell drept «metodă de purificare a proteinelor». Metoda identificăproteinele, nu le purifică. A treia: recomandările directe pentru viața umană pornind de la date pe șoareci. Toate trei pot și trebuie corectate; acestea sunt constatările noastre.
🩺 Semnificația practică pentru pacient
Din articol rezultă trei lucruri concrete. (1) Dacă aveți în familie cancer colorectal sau uterin apărut devreme, trebuie investigat sindromul Lynch; la purtători se modifică frecvența monitorizării și vârsta începerii acesteia. (2) Dacă aveți diagnostic de cancer mamar, ovarian, pancreatic sau de prostată, întrebați dacă s-a discutat despre testarea BRCA și a genelor de reparare, deoarece rezultatul poate modifica opțiunea unui inhibitor PARP. (3) În cancerul intestinal sau uterin, întrebați dacă a fost efectuat testul MSI/dMMR; acest singur rezultat poate deschide accesul la imunoterapie. Toate trei sunt teste accesibile astăzi în Turcia.
❓ Întrebarea rămasă deschisă
La medicamentele care vizează căile de reparare, principalul obstacol nu este ținta însăși, ci fereastra terapeutică. Exemplul adavosertibului a arătat clar: medicamentul lovea tumora, dar și pacientul. Lărgirea ferestrei probabil nu depinde de medicamente mai puternice, ci de o selecție mai bună a pacienților, adică de măsurarea anticipată a căii de reparare care lipsește fiecărei tumori. XR-seq al lui Sancar este un prim exemplu al acestei măsurători; intrarea sa în clinică rămâne o întrebare pentru anii următori.
Concluzie: Premiul Nobel pentru Chimie 2015 este unul dintre premiile cu cele mai practice implicații pentru biologia cancerului. Descoperirile premiate provin din anii 1970 și 1980, iar aplicarea clinică a venit în 2014–2017. Întârzierea nu este un defect, ci natura științei fundamentale. Politica științifică a unei țări se măsoară tocmai prin capacitatea de a accepta această distanță de patruzeci de ani.
Întrebări frecvente
- Pentru ce anume a primit Aziz Sancar Premiul Nobel?
- Motivația oficială este comună celor trei cercetători: «Pentru studii mecanistice privind repararea DNA.» Contribuția lui Sancar este repararea prin excizia nucleotidelor:eliminarea leziunilor voluminoase DNA produse de ultraviolete și carcinogeni chimici prin acțiunea proteinelor UvrA, UvrB și UvrC, care taie leziunea de ambele părți simultan. A reconstituit mecanismul în eprubetă în 1982 și l-a publicat în 1983.
- A primit premiul singur?
- Nu. Premiul a fost împărțit între Tomas Lindahl, Paul Modrich și Aziz Sancar, celor trei revenindu-le părți egale. Fiecare a elucidat alt mecanism: Lindahl, repararea prin excizia bazelor; Modrich, repararea nepotrivirilor; Sancar, repararea prin excizia nucleotidelor.
- Sancar a descoperit repararea DNA?
- Nu. Ideea că celulele repară DNA era cunoscută încă de la mijlocul secolului 20. Contribuția lui Sancar a fost să demonstreze cu ce proteine, în ce ordine și cum se produce această reparare, în detaliu molecular. Cuvântul «mecanistic» din motivația Nobel indică exact această distincție.
- Ce este metoda Maxicell? Este o metodă de purificare a proteinelor?
- Nu, nu este o metodă de purificare. Maxicell este o metodă care, într-o celulă bacteriană, permite identificarea proteinei codificate de plasmidă, prin marcare. Bacteriile incapabile de reparare sunt expuse ultravioletelor; cromozomul se fragmentează, iar plasmida rămâne intactă, astfel încât sunt marcate doar proteinele plasmidice. Potrivit propriilor cuvinte ale lui Sancar, acesta este articolul său cel mai citat (1979).
- Există la om o enzimă care repară «prin lumină» leziunile solare?
- Nu. Fotoliaza, enzima respectivă, există în bacterii, drojdii și numeroase animale, dar lipsește la om. Interesant, studiul care a demonstrat acest lucru a fost realizat chiar de echipa lui Sancar, care își începuse cariera cu fotoliaza (1993). Singura noastră opțiune este repararea prin excizie, mai lentă și mai complexă.
- Toți cei cu reparare defectuoasă a DNA fac cancer?
- Nu, dar riscul crește mult. În xeroderma pigmentosum, riscul de cancer de piele nonmelanomic este, față de populația generală, de peste 10.000 de ori mai mare,, iar în sindromul Lynch, riscul colorectal până la 70 de ani variază, după gena afectată, între %3 și %75. Prin urmare, nu înseamnă «defect = cancer», ci «defect = risc mult mai mare și mult mai precoce».
- Poate oricine primi un inhibitor PARP?
- Nu. Aceste medicamente funcționează cu condiția ca tumora să aibă deja un defect de reparare, de obicei o mutație BRCA sau un defect similar al recombinării omoloage. Fără acest defect, medicamentul nu poate fi selectiv pentru tumoră. De aceea este necesară testarea genetică înaintea utilizării.
- Ce beneficiu practic îmi aduc aceste descoperiri?
- Trei puncte concrete: pentru persoanele cu rude care au avut cancer colorectal sau uterin precoce, investigarea sindromului Lynch;în cancerul mamar, ovarian, pancreatic și de prostată, testarea BRCA;în cancerul colorectal și uterin, testarea MSI/dMMR. Toate trei pot modifica direct opțiunea terapeutică.
Glosar
- Repararea DNA
- Denumirea generală a sistemelor enzimatice care detectează și corectează leziunile DNA celular. Există sisteme diferite pentru tipuri diferite de leziuni.
- Repararea prin excizia nucleotidelor (NER)
- Sistemul care elimină leziunile voluminoase ce deformează helixul, tăind de ambele părți ale leziunii. Mecanismul elucidat de Sancar.
- Repararea prin excizia bazelor (BER)
- Sistemul care repară deteriorarea chimică a unei singure baze. Mecanismul elucidat de Lindahl.
- Repararea nepotrivirilor (MMR)
- Sistemul care corectează literele introduse greșit la copierea DNA. Mecanismul elucidat de Modrich; reduce frecvența erorilor de aproximativ o mie de ori.
- Dimer de timină
- Leziune produsă când lumina ultravioletă unește două baze de timină vecine din DNA. Deformează helixul.
- Fotoliază
- Enzimă care desface dimerul de timină într-o singură etapă, folosind energia luminii albastre. Lipsește la om.
- Criptocrom
- Proteină din familia fotoliazei care nu repară DNA, ci stabilește ceasul biologic la mamifere.
- Excinuclează
- Complex enzimatic care taie simultan de ambele părți ale leziunii. Denumirea provine din mecanismul dublei incizii descoperit de Sancar.
- XR-seq
- Metodă care colectează și secvențiază fragmentele rezultate din reparare, cartografiind locul și intensitatea reparării în genom.
- Xeroderma pigmentosum
- Boală ereditară cu defect congenital al reparării prin excizia nucleotidelor, care provoacă cancere de piele la vârste foarte mici.
- Sindromul Lynch
- Defect ereditar al uneia dintre genele de reparare a nepotrivirilor. Cea mai frecventă cauză a cancerului colorectal ereditar.
- MSI-H / dMMR
- Caracteristici tumorale care arată că repararea nepotrivirilor nu funcționează. Răspunsul la imunoterapie este semnificativ mai mare în astfel de tumori.
- Letalitate sintetică
- Situație în care pierderea separată a fiecăreia dintre două gene nu omoară celula, dar pierderea simultană a ambelor o omoară. Principiul inhibitorilor PARP.
- Inhibitor PARP
- Clasă de medicamente care împiedică repararea rupturilor monocatenare. Are efect selectiv în tumorile cu defecte ale recombinării omoloage.
- Fereastră terapeutică
- Intervalul de doze în care medicamentul afectează tumora și produce pacientului un prejudiciu acceptabil. Fereastra este îngustă pentru medicamentele care vizează repararea DNA.
Notă de transparență.
Verificate: Motivația oficială a premiului («pentru studii mecanistice privind repararea DNA») și datele anunțării, 7 octombrie 2015, și ceremoniei, 10 decembrie 2015, împărțirea egală în trei a celor 8 milioane de coroane suedeze, anii și locurile nașterii și instituțiile celor trei laureați, titlul conferinței Nobel a lui Sancar din 8 decembrie 2015: toate provin din comunicatul de presă, pagina de prezentare, discursul ceremoniei și paginile laureaților de pe nobelprize.org. Autorii mecanismelor și datele: Lindahl, 1974, uracil-DNA glicozilază; Modrich, 1989, sistemul dirijat de metilare; Sancar, 1983, uvrA/uvrB/uvrC. Reducerea frecvenței erorilor «de aproximativ o mie de ori» prin repararea nepotrivirilor și formularea «%99,9» din discursul ceremoniei. Lungimea fragmentului eliminat în bacterii este de 12–13 nucleotide, conform paginii de prezentare Nobel și afișului Academiei Regale Suedeze de Științe. Fragmentul eliminat la om are 24–32 nucleotide, «nominal de 30», conform paginii laboratorului Sancar și articolului XR-seq. Datele biografice ale lui Sancar: naștere la 8 septembrie 1946 în Savur; intrarea la Medicina din Istanbul în noiembrie 1963 și absolvirea ca șef de promoție în 1969; practică medicală în Savur și Sürgücü în 1969–1971; laboratorul lui Claud Rupert din Texas Dallas în 1973; clonarea genei fotoliazei; susținerea tezei în iulie 1977; laboratorul lui W. Dean Rupp la Yale în septembrie 1977; articolul maxicell din 1979; excinucleaza din 1982–83; mutarea la Chapel Hill în 1983; profesor Sarah Graham Kenan din 1997: autobiografia Nobel și pagina instituțională UNC. Referința și rezumatul articolului Maxicell (J Bacteriol 1979;137(1):692–693). Studiul care arată absența fotoliazei la om (PNAS 1993;90:4389) și sensibilitatea metodei, capabilă să detecteze 10 molecule pe celulă. Referința XR-seq (Genes & Development 2015;29:948) și studiul de cartografiere a cisplatinei (PNAS 2016;113:11507). Toate cifrele despre xeroderma pigmentosum și sindromul Lynch provin din NCBI GeneReviews. Aprobarea accelerată a pembrolizumabului din 23 mai 2017, formularea FDA «prima aprobare independentă de țesut/localizare», cei 149 de pacienți, rata de răspuns de %39,6, la %78 dintre cei cu răspuns, durata ≥6 luni și aprobarea completă din 28 martie 2023: fda.gov și cancer.gov. Datele dostarlimabului: 18 înscriși, 14 pacienți evaluabili cu %100 răspuns clinic complet, 500 mg/3 săptămâni, 6 luni, urmărire mediană de 6,8 luni, fără evenimente de gradul 3–4. Aprobarea accelerată a olaparibului din 19 decembrie 2014 și textul indicației: scrisoarea de aprobare FDA; lista indicațiilor actuale: informațiile de produs din 2025; aprobarea din 11 martie 2022 pentru cancerul de sân incipient; rezultatele OlympiA: 1.836 de pacienți, la 3 ani iDFS %86,1 față de %77,3, supraviețuire fără boală la distanță %88,0 față de %81,0, supraviețuire globală %92,0 față de %89,1, HR 0,68, p=0,009. Avertizarea MDS/AML din informațiile olaparibului: %1,2; la 2.219 pacienți, 26 de cazuri; %54 letale. Rezultatul cancerelor secundare din metaanaliza a 23 de studii randomizate / 8.857 de pacienți: %0,9 față de %0,7, nesemnificativ. Datele ADAGIO pentru adavosertib: %26 răspuns, %60,6 evenimente de grad ≥3, dezvoltarea nu a continuat; ceralasertibul se află în dezvoltare clinică.
Neverificate: Pentru anul clonării genei fotoliazei, două surse Nobel oficiale indică date diferite: autobiografia lui Sancar menționează 1975, iar pagina de prezentare Nobel, 1976. Articolul folosește sursa directă și precizează diferența. Singura formulare a Comitetului Nobel despre numărul zilnic de leziuni este «mii»; cifre exacte precum «zeci de mii», care circulă în alte relatări, nu au putut fi verificate din această sursă și nu au fost folosite. Afirmația că olaparibul este «primul medicament aprobat din clasa sa» nu a fost găsită exact în nicio pagină oficială. Articolul precizează doar că aprobarea din 19 decembrie 2014 este prima din această clasă, fără a formula afirmația «primul medicament». Nu s-a putut verifica dacă ERCC1 este un biomarker clinic validat pentru predicția rezistenței la platină,de aceea articolul nu conține nicio afirmație despre ERCC1. Pentru formularea că Sancar ar fi «primul Nobel din Turcia în domeniile științifice» nu a fost găsită o propoziție identică în sursele Fundației Nobel; Premiul pentru Literatură al lui Orhan Pamuk din 2006 a fost verificat. Prin urmare, articolul nu folosește această calificare de «primul». Documentul științific detaliat de fundamentare al Comitetului Nobel nu a putut fi accesat.
Autorii observațiilor critice: Constatările că Maxicell nu este o metodă de purificare și că afirmația «este încă folosită pe scară largă» nu are sursă; corectarea faptului că studiul s-a desfășurat în laboratorul lui Rupp, nu al lui Rupert; avertizarea că datele circadiene de la șoareci nu pot fi transferate direct la om, inclusiv faptul că șoarecii sunt nocturni; necesitatea prudenței față de rezultatul dostarlimabului din cauza numărului de pacienți și a duratei urmăririi; necesitatea prezentării împreună a diferențelor relative și absolute din OlympiA; evaluarea ca greșită a afirmației «Sancar a descoperit repararea DNA» ne aparțin. Faptul că premiul a fost acordat pentru trei mecanisme distincte, atribuirea mecanismelor și toate datele numerice aparțin surselor lor.
Schemele sunt derivate din afirmațiile verificate din text și nu conțin date noi. Figura 3 este o schemă logică idealizată; nu reprezintă siguranța clinică reală, iar acest lucru este precizat sub schemă.
Surse
- Premiul Nobel pentru Chimie 2015: comunicatul de presă, prezentarea, discursul ceremoniei și paginile laureaților. NobelPrize.org, Academia Regală Suedeză de Științe.
- Sancar A. Autobiografia Nobel și conferința Nobel: «Mecanismele reparării DNA prin fotoliază și nucleaza de excizie», 8 decembrie 2015.
- Sancar A, Hack AM, Rupp WD. «Metodă simplă pentru identificarea proteinelor codificate de plasmide.» Journal of Bacteriology. 1979;137(1):692–693.
- Li YF, Kim ST, Sancar A. «Dovezi privind absența enzimei de fotoreactivare a DNA la om.» PNAS. 1993;90(10):4389–4393.
- Hu J, Adar S, Selby CP, Lieb JD, Sancar A. «Analiza la nivelul întregului genom a reparării prin excizie globale și cuplate cu transcripția a leziunilor UV la om, cu rezoluție de o nucleotidă.» Genes & Development. 2015;29(9):948–960.
- «Hărțile leziunilor DNA produse de cisplatină și ale reparării lor în genomul uman, cu rezoluție de o nucleotidă.» PNAS. 2016;113(41):11507.
- GeneReviews (NCBI Bookshelf): Xeroderma pigmentosum; sindromul Lynch.
- Administrația pentru Alimente și Medicamente din U.S. «FDA acordă aprobare accelerată pembrolizumabului pentru prima indicație independentă de țesut/localizare», 23 mai 2017; și National Cancer Institute, Cancer Currents, actualizările din 2017 și 2023.
- Administrația pentru Alimente și Medicamente din U.S. Scrisoarea de aprobare a olaparibului (Lynparza), NDA 206162, 19 decembrie 2014; informațiile de produs actuale (2025); «FDA aprobă olaparibul ca tratament adjuvant al cancerului de sân incipient cu risc înalt», 11 martie 2022.
- Rezultatele studiului OlympiA și metaanaliza cancerelor secundare asociate inhibitorilor PARP — The ASCO Post.
- Studiul ADAGIO, adavosertib — The ASCO Post, 2025; ceralasertib — informațiile despre agent ale NCI DCTD.
Ți-a fost util acest articol?
Feedbackul tău ne ajută să îmbunătățim conținutul.
Comentariile cititorilor
Împărtășește comentariul tău
Numele și comentariul dumneavoastră sunt publicate numai după aprobarea administratorului. Adresa de e-mail nu este afișată niciodată vizitatorilor.
Fii primul care comentează.