Gen penekan tumor sering dianggap sebagai sistem pertahanan tubuh melawan kanker. Mereka menghasilkan protein yang membantu menjaga dan memperbaiki DNA, mengurangi kemungkinan akumulasi mutasi berbahaya. Ketika gen-gen ini berhenti bekerja dengan baik atau berada pada tingkat yang rendah, risiko kanker dapat meningkat.
Namun penelitian baru menunjukkan bahwa memiliki terlalu banyak protein perbaikan DNA juga bisa menjadi masalah.
Para peneliti di Penn State College of Medicine telah menemukan bahwa aktivitas gen EXO1 yang berlebihan dapat merusak DNA daripada melindunginya. Alih-alih memperbaiki materi genetik, terlalu banyak EXO1 justru dapat menghancurkan DNA dan mengganggu kestabilan genom, yang merupakan ciri utama kanker.
Hasilnya, dipublikasikan di Komunikasi alamimenunjukkan bahwa EXO1 diekspresikan secara berlebihan pada 20-30% kanker payudara dan ovarium, serta kanker melanoma, testis, serviks, dan hepatobilier, yang muncul di hati, kandung empedu, dan saluran empedu.
Tim juga menemukan bahwa sel kanker dengan tingkat EXO1 yang sangat tinggi berperilaku seperti sel dengan mutasi BRCA, yang diketahui meningkatkan risiko kanker payudara dan ovarium herediter. Yang penting, perilaku mirip BRCA ini terjadi bahkan tanpa adanya mutasi BRCA.
EXO1 dapat membantu mengidentifikasi pasien untuk terapi yang ditargetkan
Para peneliti menemukan bahwa tumor dengan tingkat EXO1 yang tinggi merespons pengobatan dengan cara yang mirip dengan kanker mutan BRCA.
“EXO1 tidak memprediksi risiko kanker, namun berpotensi berfungsi sebagai biomarker untuk membantu memprediksi pasien mana yang paling mungkin merespons pengobatan kemoterapi tertentu, sehingga mengarah pada terapi yang lebih personal,” kata George-Lucian Moldave, profesor kedokteran molekuler dan presisi dan penulis senior studi tersebut. “Obat yang sama yang digunakan untuk mengobati tumor mutan BRCA dan memiliki efek samping yang lebih sedikit berpotensi digunakan untuk mengobati tumor yang mengekspresikan EXO1 secara berlebihan, yang tidak memiliki mutasi BRCA. Hal ini akan memperluas penerapan obat-obatan ini.”
Untuk mempelajari peran EXO1, para peneliti menganalisis data tumor dari Cancer Genome Atlas, sebuah program genomik kanker dari National Cancer Institute. Mereka menemukan bukti kelebihan produksi EXO1 pada beberapa jenis kanker, termasuk tumor payudara, kulit, hati, dan serviks, konsisten dengan penelitian sebelumnya. Tingkat EXO1 yang tinggi terutama dikaitkan dengan kanker payudara basal-like, suatu bentuk penyakit yang agresif.
Bagaimana kelebihan EXO1 merusak DNA
Tim kemudian melakukan percobaan laboratorium menggunakan sel kanker manusia yang tersedia secara komersial.
Para peneliti secara artifisial meningkatkan produksi EXO1 dalam sel untuk menentukan seberapa banyak jumlah protein yang mempengaruhi DNA. Mereka juga menciptakan versi EXO1 yang dinonaktifkan yang menghasilkan protein tetapi tidak memiliki aktivitas biokimia normal. Hal ini memungkinkan mereka untuk memastikan bahwa kerusakan DNA yang diamati disebabkan oleh aktivitas protein, bukan hanya keberadaannya.
Dalam kondisi normal, EXO1 berfungsi seperti gunting molekuler, membantu memotong dan memperbaiki DNA yang rusak. Namun, ketika jumlah EXO1 terlalu banyak, gunting ini mulai memotong struktur DNA yang seharusnya tetap utuh.
Para peneliti menemukan bahwa kelebihan EXO1 mengganggu kestabilan DNA yang baru terbentuk melalui dua mekanisme utama: perluasan celah DNA beruntai tunggal dan degradasi garpu replikasi terbalik. Kedua proses tersebut mengikis DNA dan menyebabkan hilangnya materi genetik secara lokal, jelas Moldave.
“Terlepas dari jalurnya, ekspresi berlebih dari EXO1 mengarah pada pembentukan dan akumulasi lesi beracun dalam DNA, seperti putusnya untai ganda, yang kami yakini membuat tumor lebih sensitif terhadap kemoterapi dan meningkatkan kematian sel,” kata Alexandra Nusawardhana, penulis utama studi tersebut dan menerima gelar doktor dalam ilmu biomedis tahun ini dari Penn State College of Medicine.
Mengapa EXO1 meniru mutasi BRCA
Gen BRCA biasanya menghasilkan protein yang membantu melindungi struktur DNA yang rentan selama replikasi. Ketika gen BRCA bermutasi, sel kehilangan sebagian fungsi perlindungannya, yang dapat berkontribusi pada perkembangan kanker.
Namun dalam penelitian saat ini, para peneliti menemukan bahwa aktivitas EXO1 yang berlebihan mampu membebani mekanisme perlindungan ini bahkan ketika gen BRCA berfungsi normal dan tidak membawa mutasi apa pun.
Tim juga menemukan bahwa EXO1 bekerja bersama protein lain yang disebut MRE11 untuk memperlebar kesenjangan DNA dan menghasilkan kerusakan DNA yang berbahaya.
“Secara mekanis, ekspresi berlebih ini menyebabkan hilangnya jalur BRCA pada sel tumor mutan BRCA,” kata Moldave.
Dia mencatat bahwa ekspresi berlebih EXO1 berbeda secara signifikan dari mutasi BRCA. Hal ini tidak bersifat keturunan dan para peneliti belum mengetahui apakah secara langsung menyebabkan kanker.
Potensi dampak pada pengobatan kanker
Karena tumor yang berekspresi berlebihan pada EXO1 berperilaku sangat mirip dengan tumor mutan BRCA, para peneliti mempelajari apakah tumor tersebut juga akan memberikan respons serupa terhadap pengobatan.
Mereka menguji olaparib, obat yang biasa digunakan untuk melawan kanker mutan BRCA yang menargetkan jalur perbaikan DNA seluler. Tumor dengan peningkatan EXO1 sangat sensitif terhadap pengobatan dan merespons dengan cara yang mirip dengan kanker mutan BRCA.
Hasilnya menunjukkan bahwa pasien yang tumornya mengekspresi EXO1 secara berlebihan berpotensi mendapatkan manfaat dari terapi bertarget perbaikan yang sama, bahkan jika mereka tidak membawa mutasi BRCA.
Para peneliti juga menemukan bahwa tumor yang mengekspresikan EXO1 secara berlebihan merespons terhadap cisplatin, obat kemoterapi yang banyak digunakan. Hasil penelitian mereka meningkatkan kemungkinan bahwa dosis cisplatin yang lebih rendah dapat menghasilkan penyusutan tumor yang sebanding sekaligus mengurangi efek samping.
Karena ekspresi berlebih EXO1 muncul pada tumor yang lebih luas dibandingkan mutasi BRCA, Moldave mengatakan ini bisa menjadi biomarker yang berharga untuk memandu keputusan pengobatan.
“Kita seharusnya tidak mengobati kanker berdasarkan jaringan asalnya, tetapi berdasarkan mutasi genetik yang ada pada tumor,” kata Moldova. “Ini akan menghasilkan pengobatan yang sangat efektif. Ini adalah masa depan pengobatan kanker.”
Tim peneliti berencana untuk terus mempelajari EXO1 dengan tujuan jangka panjang meluncurkan uji klinis yang melibatkan pasien yang tumornya mengekspresi gen secara berlebihan.
Claudia Nicolae, asisten profesor kedokteran molekuler dan presisi di Penn State College of Medicine, juga berkontribusi dalam penelitian ini.
Pekerjaan ini didukung oleh pendanaan dari National Institutes of Health dan Four Diamonds.
