Derek Lowe, 19 Kasım 2021, https://www.science.org/
Önemli not::: Bu yazıya konu olan makale, ilk yazarın itirazı üzerine 10 May 2022’de “geri çekilmiştir” (retraction)
Birkaç kişi bana bu makaleyi sordu, o yüzden bir göz atalım. İsveç’teki iki araştırmacıdan geliyor ve koronavirüs Spike proteininin DNA hasarı onarım mekanizmaları üzerindeki etkilerinden bahsediyor. Bu, önce bunlara bir göz atmamız gerektiği anlamına gelir, böylece hepimiz neyin tartışıldığını bilebiliriz. (Güncelleme: Bu yazının geri kalanı için, bu makaleyi sözüne göre alıyorum, ancak burada ayrıca dikkate alınması gereken deneysel yöntemlerine ayrıntılı bir bakış!)
- Genel Olarak DNA Onarımı
İnsan hücreleri aslında bir dizi DNA onarım enzimine sahiptir. Bu, uzun süreli ökaryot evriminde açıkça tercih edilen bir yeniliktir. Replikasyon sırasında, gen ekspresyonu (ifadesi) sırasında ve normal yaşam koşulları altında, çekirdekteki DNA’nın zarar görebileceğik birkaç doğal yol vardır. Onların kısa bir derlemesini BURADA bulabilirisiniz.
DNA hasarı ve tamirini 5 ana kategoride inceleyebiliriz. Bu nedenle her birine hızlı bir genel bakış yapalım: Tek nükleotidlerdeki değişiklikleri tanıyan ve hasarı geri çeviren enzimlerin (DNA glikosilazlar, endonükleazlar, liyazlar) tüm listesini kapsayan baz eksizyon onarımına (BER) sahibiz, ancak DNA sarmalının tamamını fark edilir şekilde bozacak kadar dramatik olmayanlardır bunlar. Nükleotidlerin deaminasyonu, alkilasyonu ve oksidasyonu bu değişikliklerden bazılarıdır, bu kategori ayrıca “kısa yama” ve “uzun yama” onarım mekanizmalarına ayrılır. Sonra, kesinlikle garip şekilli bir DNA uzantısı olarak görünen bazı daha büyük problemlerle ilgilenen nükleotid eksizyon onarımı (NER) var. Bu, benzo[a]piren veya bazı kemoterapötikler gibi daha büyük reaktif bileşiklerden diğer DNA alkilasyonlarının yanı sıra bazı nükleotit yapılarını çapraz bağlayan UV ışığı hasarını içerir. Bunların iki kategorisi vardır, “küresel genom” onarım yolağı ve transkripsiyon-bağlı yolak. Her biri bir takım enzimler içerir ve her ikisi de her iki uçtaki hasarları (mutasyon) keser ve boşluğu doldurur. Üçüncü bir kategori, DNA replikasyonundan sonra devreye giren ve yanlış baz eşleşmeleri arayan “ekleme-silme döngüleri” yani yanlış eşleşme onarımıdır (MMR) ve burada baz uyumsuzlukları (normal A-T ve C-G eşleşmesine uymayanlar) düzeltilir. Burada da dahil olan, bir grup MutS ve MutL homologları tarafından yönetilen uzun bir enzim listesi ve çok sayıda akış-aşağı yardımcısı vardır. Bu da aynı zamanda bir baz eksizyon ve onarım işlemidir.
Dördüncü onarım kategorisi homolog rekombinasyon (HR) ve beşincisi homolog olmayan uç birleştirmedir (NHEJ). Bunlar genellikle birlikte tartışılır, çünkü aynı tür bir sorunu, yani DNA’daki tam bir çift sarmal kırılmasını hedef alırlar. İyonlaştırıcı radyasyonun özellikle bu tür hasarlara neden olduğu bilinmektedir, ancak başka birçok neden de vardır. NHEJ, ara boşluk temiz olduğunda ve 5′ bazlardan hiçbiri kesilip atılmamışsa devreye girer ve gerçekten hücre döngüsünün tüm noktalarındaki ana yollardan biridir. HR ise sadece birkaç hücre döngüsü periyodunda aktiftir, çünkü şablon olarak kullanmak için yakınlarda homolog bir DNA molekülüne ihtiyaç duyar. Kırılan uçlarda her şey hala çalışıyorsa, NHEJ uçları tekrar birbirine bağlar (iliştirir) ve bazı küçük onarımlar yapabilir. Bu her zaman mükemmel şekilde çalışmaz: NHEJ, onarım alanında bazı küçük silme ve eklemeler bırakmasıyla ünlüdür. Her iki iplikçik de kırılmışsa ve uçlardan kesip atılma olmuşsa, hiçbir zaman iyi olmayan sonuçlarla birlikte hiç düzelmeyebilecekleri anlamına gelir. Bu yollardan bazıları, şeyleri orijinalinden ayırt edilemez bir duruma geri getirirken, diğerleri genellikle bir zincirden diğerine “çapraz geçişler” üretir (ve aslında bu, çok sayıda “karıştır ve eşleştir” varyasyonları istendiğinde, antikor (B hücrelerinde) ve bağışıklık hücresi reseptörü üretiminde (T hücrelerinde) bağışıklık hücrlerimizin kasıtlı olarak başvurduğu bir özelliktir).
2. Coronavirüs (ve Spike Protein) Etkileri
Şimdi koronavirüs bağlantısına bakalım. Mevcut koronvirüs (veya herhangi bir virüs) bir insan vücuduna bulaştığında, başlayan çok sayıda kötü değişiklik olur. Virüsler, hücresel işlevleri ele geçirmenin ve normal bağışıklık tepkisine müdahale etmenin birçok yoluna sahiptir: bunun gerçekten çok güçlü bir evrimsel avantaj olacağını düşünebilirsiniz. SARS-Cov-2’nin tüm bunları nasıl başardığı konusunda pek çok araştırma yapıldı. Bu yazımıza konu olan maka yeni makale, antikor yanıtında çok önemli olduğu için yukarıda belirtilen NHEJ yoluna bakıyor. Tüm bu DNA onarım mekanizmalarının çekirdekte yer alması beklenir (mitokondriyal DNA’yı onarmada aktif olanlar hariç), bu yüzden onları bozmak için çekirdekte aşağıda viral proteinlere ihtiyaç duymayı beklersiniz. Gerçekten de çekirdekte rapor edilmiş birkaç koronavirüs proteini var ve bu makale Spike proteinini bu listeye ekliyor.
Ve orada DNA hasar onarımını etkiliyor gibi görünüyor. Ancak ilginç bir şekilde S1 veya S2 alt birimleri kendi başlarına değil, sadece tam uzunluktaki Spike bunu yapıyor. Bu durum, DNA’ya zarar veren birkaç yolla (gama ışıması, doksorubisin tedavisi veya hidrojen peroksite maruz kalma) ve tam uzunluktaki Spike’ı veya sadece alt birimlerini aşırı ifade etmek üzere tasarlanmış hücrelerde araştırıldı. Tam uzunlukta Spike ifade eden hücrelerde bu tedavilerden sonra DNA hasarı daha fazlaydı (yani onarım daha az verimliydi), ancak diğerlerinde değildi. DNA onarım enzimlerinin kendileri olağan miktarlarda mevcut gibi görünüyordu, bu nedenle ifadeleri veya parçalanmaları etkilenmedi. Bununla birlikte, diğer protein seviyelerine bakıldığında, kanıtlar, Spike’ın varlığının, onarım makinelerini kromatin yapısındaki kontrol noktalarına yönlendiren kilit proteinleri (BRCA1 ve 53BP1) etkilediğidir. Hem HR hem de NHEJ yolakları etkilenmiş, büyük ölçüde aktivitleri azalmış ancak tamamen yok edilmemiş gibi görünüyordu (aslında bu iki proteinin katılımı düşünüldüğünde mantıklı). Ve antikor rekombinasyon düzeneği olan V(D)J rekombinasyonunu, Spike protein ifadesi ile birlikte hücrelere tasarladıklarında, bu rekombinasyon %50 oranında azaldı. Bu da NHEJ yolunun inhibisyonunu düşündürür, ancak bu etki önceki NHEJ aktivite raportör tahlilinden beklendiği kadar büyük değildir.
Şimdi, DNA’ya zarar veren üç farklı tipte ajanın kullanıldığını ve düzeneğin Spike protein ifadesinin hepsini bir dereceye kadar bozduğunu gösterdiğini görüyoruz. Doksorubisin, HR ve NHEJ tarafından onarılan çift zincir kırıklarına da yol açabilmesine rağmen, BER yolağını düşünmemizi sağlayacak bir DNA alkilleyici enzimdir. Gama radyasyonu, çift sarmal kırılmaları için de iyi bir yol gibi görünmektedir. Bu arada, hidrojen peroksit klasik oksidatif hasar ajanıdır ve BER’i düşündürür, ancak aynı zamanda çift sarmallı kopmalara yol açtığı da gösterilmiştir. Dolayısıyla bunlar farklı mekanizmalar olsa da, sonunda oldukça karışıktırlar; UV ışığının etkisinin ne olacağını görmek ilginç olurdu, çünkü bu, DNA etkilerinde biraz daha seçicidir (ve bildiğim kadarıyla belirgin bir şekilde zincir kırma işlevli yoktur).
Makale, tam uzunlukta Spike proteini üreten aşıların aynı şeyi yapabileceğini, yani antikor üretiminde önemli bir adımın aktivitesini azaltabileceğini varsaymaya devam ediyor. Bu araştırmaya değer ve çılgın bir fikir değil. Ancak bunun doğru olması için doldurulması gereken birkaç boşluk var. Birincisi, bu tasarlanmış hücrelerde üretilen gerçek Spike protein miktarlarını, aşılamadan sonraki hücrelerdeki miktarlarla (veya aslında koronavirüs enfeksiyonundan sonraki miktarlarla) ölçmek büyük bir ilk adımdır. İkinci olarak, antikor üretimi ve T hücresi olgunlaşması gibi rekombinasyon yoğun olayların her yerde gerçekleşmediğini unutmayın; bunlar, timositler gibi özel hücrelerde ve kemik iliği lenfoid hücrelerinde gerçekleşir. Aslında, yazarların da not ettiği gibi, koronavirüsün bu hücre tiplerini ne ölçüde enfekte ettiğini ve aşılamadan ne ölçüde etkilendiklerini bilmiyoruz. Ancak bu son noktaya kadar, hiçbir şekilde üretimden düşmedikleri açıktır, çünkü aşı elbette güçlü bir bağışıklık tepkisi üretir. Ayrıca düşünülmesi gereken bir zaman süreci var: Ne de olsa Spike proteini aşılamadan sonra sadece sınırlı bir süre için üretilir. mRNA yavaş yavaş parçalanır ve Spike’ı oluşturan hücreler, T hücresi yanıtı tarafından kesinlikle ortadan kaldırılırlar. Peki bu rekombinasyon sorunu ne kadar sürebilir?
Aşı, V(D)J rekombinasyonunu bir dereceye kadar etkiliyorsa (ki bu henüz kanıtlanmamıştır), tüm Spike dizisini kodlamayan bir aşının daha arzu edilebilir olup olmadığı merak edilebilir. Ancak bunu, böyle bir aşının kesinlikle ortaya çıkaracağı farklı antikor (ve T hücresi) profilleriyle dengelemeniz gerekir. Yine de koronavirüse karşı mı yoksa varyantlarına karşı mı bu kadar koruyucu olur? Hiçbir fikrimiz yok. Hayvan çalışmaları buna biraz ışık tutabilir, ancak emin olmanın tek yolu insan denemelerinde ne olduğunu görmek olacaktır.
3. Ya Kanser?
Şimdi, insanların bana bu makaleyi göndermelerinin nedeni, dürüst olmak gerekirse, V(D)J rekombinasyonunu merak etmeleri değil. Kanser konusunda endişeliler, çünkü çok sayıda yorumcu bu makaleyi alıp bu yönde yorumluyor. Yazarlarının böyle bir şeyden bahsetmediğine dikkat edin.
DNA onarım enzimleriyle ilgili gerçek sorunların çeşitli kanser türlerinin riskini artırdığına şüphe yoktur. Yukarıda verilen sırayla, kusurlu BER (baz eksizyon onarımı) yolakları bazı meme kanseri türleri ve diğer katı tümörlerle ilişkilendirilmiştir, NER (nükleotid eksizyon onarımı) kusurları birkaç nadir durumla ilişkilendirilmiştir, bunlardan biri (kseroderma pigmentosum) bazı cilt kanseri türlerinin riskini artırır ve MMR (yanlış eşleşme tamiri) kusurları özellikle kolorektal kanserde belirgindir. Bu arada, HR (homolog rekombinasyon) yolağı kusurları meme ve yumurtalık kanseri ile ilişkilidir ve önemi göz önüne alındığında, henüz keşfedilmemiş başka bağlantılar da vardır. Ve NHEJ (homolog olmayan uç birleştirme). Bu biraz karmaşık. Farklı durumlarda, hem kanserin baskılayıcısı hem de hızlandırıcısı olarak ortaya çıkabilir, bu nedenle bu yolaklardaki kusurların tutarlı bir tablo oluşturması zor olabilir.
Ancak tüm bu durumlarda, bu onarım yolaklarındaki ciddi, devam eden kusurlardan bahsediyoruz, bunlardan birinin birkaç gün boyunca kısmi inhibisyonundan değil. Unutmayın, bu mekanizma aşılamadan sonra çalışsa bile çift sarmallı onarımınızı sonsuza kadar durdurmaz. Her şey geri gelir. Endişelenmemek için en büyük neden, yukarıda bahsedilen T hücresi tepkisidir: Aşılamadan sonra çok miktarda Spike proteini üreten hücreler. Bu hücreler, T hücreleri kendilerine duyarlı hale geldiğinde öldürülecek olan hücrelerdir. Şimdi, birçok insanın vücutta dolaşan Spike proteininden endişe ettiğini anlıyorum, ama unutmayın: Bu makaledeki deneyler, endişelenseniz bile, DNA’larında özel olarak tasarlanmış hücrelerde yapıldı. Bu hücrelerde Spike proteini sürekli üretildi. Halbuki, aşı ile verilende mRNA zamanla parçalanır. Aşılamadan sonra dolaşımdaki Spike proteininin, olduğu gibi, diğer hücre tiplerine ve daha sonra da çekirdeklerine, gözle görülür herhangi bir etki yaratmaya yetecek miktarda alındığına dair hiçbir kanıt (ve inanmak için özel bir neden) yoktur. Açıklanması gereken çok sayıda bzorluk var.
Ve daha önce de belirtildiği gibi, çift sarmallı onarıma müdahale etmenin iyi bir fikir olabileceği durumlar vardır. Aslında hücrede, net olmayan, ancak muhtemelen sapkın olmayan nedenlerden dolayı, çift sarmallı kırılma onarımını gerçekten geciktiren yollar zaten vardır. Kanser hücrelerinin çok fazla genomik kararsızlığa sahip olma eğiliminde olduğunu ve bu çok ileri giderse, bütünlüklerini bir arada tutamayacaklarını unutmayın. Yani aslında kanser hücrelerinin de DNA onarım enzimlerine ihtiyaçları var ve onları bloke etmek terapötik olabilir. Bu enzimleri bloke etmek geri dönüşü olmayan DNA hasarına yol açar (normal hücreler buna daha az duyarlıdır çünkü işleri bu kadar amansız kıs bir sürede onarmak zorunda kalmazlar). Bu nedenle, bu yeni makalede gösterilen çift sarmallı kopma onarım inhibisyonunun seviyesinin mutlaka kanser riskini artıracağı kesin değildir. Durum, bu sıçramayı yapmak için çok karmaşık.
Dolayısıyla hayır, eğer bu makalenin sonuçları doğruysa ve eğer Spike proteini aracılığıyla bu NHEJ inhibisyonu, birisi aşılandıktan sonra bir süre gerçekten çalışıyorsa (her ikisinin de daha fazla çalışmaya ihtiyacı var), bunu kanser riski olarak görmeyin. Daha önce de belirtildiği gibi, makalenin yazarları da bu olasılığı not etme zahmetine bile girmediler. Bana göre bu, ilgili biyolojiyi takdir etmeyen veya belki de takdir edip umursamayan insanlar tarafından kamçılanan bir konu değil. Aşılar hakkında endişeler ortaya çıktığı sürece.
Kaynak:
Coronavirus Vaccines and Cancer
Orijial makale:
SARS–CoV–2 Spike Impairs DNA Damage Repair and Inhibits V(D)J Recombination In Vitro
Not::: Yukarıdaki makale, ilk yazrın itirazı üzerine “geri çekilmiştir” (retraction)
Bilim Blogu: Zor Olanı Sormak! 