Команда ученых из МГУ имени Ломоносова и Института биологии гена РАН выяснила, что испытываемый клетками кратковременный тепловой стресс приводит к клеточному старению. Исследования ученых могут помочь в разработке новых подходов для лечения раковых заболеваний.
Результаты работы опубликованы в журнале Nucleic Acids Research, а также дополнены в статье журнала Cell Cycle. Подробности исследования приводит пресс-служба МГУ.Тепловой стресс (шок) — один из наиболее изученных факторов клеточного стресса, но о его отсроченных эффектах известно немного. В новом исследовании ученые продемонстрировали, что тепловой шок наиболее сильно сказывается на клетках, находящихся в ранней синтетической фазе, и не только на время останавливает удвоение ДНК, но вызывает и гораздо более тяжелые последствия.
С помощью окрашивания флуоресцентными светящимися метками и других методов ученые показали, что в клетке во время стресса «ломаются» вилки. Вилки — это участки состоящей из двух цепей молекулы ДНК, где эти цепи разделены, чтобы к каждой из них могла достроиться еще одна (так происходит удвоение молекулы). Это достраивание происходит по принципу комплементарности, согласно которому каждому нуклеотиду — «букве» ДНК — соответствует парный ему.
Биологи выяснили, что тепловой шок подавляет действие топоизомеразы I, которая снимает напряженность (натяжение) молекулы ДНК, возникающую в процессе репликации, внося одноцепочечные разрывы в ДНК. Это приводит к разрывам одной из цепей, а когда вилка репликации появляется в этом же месте, рвется и вторая цепь. Поскольку при починке таких разрывов специальные «ремонтные» белки ориентируются на аналогичный участок второй целой цепи, когда повреждены обе, молекула трудно поддается восстановлению.
Исследовав реакции клеток на тепловой стресс, ученые сформулировали модель индукции клеточного старения, которая верна для многих повреждающих ДНК агентов. Модель предполагает, что практически любое повреждение ДНК, произошедшее в ранней S-фазе клеточного цикла, может привести к запуску программы клеточного старения.
«Мы показали, что острый тепловой стресс индуцирует клеточное старение в нормальных и раковых клетках человека, находящихся в ранней S-фазе клеточного цикла в момент воздействия. Мы идентифицировали механизм активации клеточного старения тепловым стрессом. Причиной индуцированного тепловым стрессом клеточного старения являются персистирующие (существующие постоянно) сигналы о повреждении ДНК, связанные с образованием сложнорепарируемых двухцепочечных разрывов ДНК», — рассказал соавтор обеих статей, заведующий кафедрой молекулярной биологии МГУ и заведующий лабораторией Института биологии гена РАН Сергей Разин.
Значение исследований в этой области двояко. С одной стороны, ученые стремятся предотвратить старение здоровых клеток — помочь им защититься от стресса и не выходить из строя как можно дольше. С другой стороны, запуск клеточного старения помогает «слетевшим с катушек генетической программы» бешено делящимся раковым клеткам перестать делиться. Этот эффект можно использовать для разработки противораковой терапии.
Еще одно интересное открытие этой работы в том, что генетически идентичные клетки могут очень сильно отличаться как по степени устойчивости к разным экзогенным стрессовым факторам, так и по реакции на такие воздействия. Подобно тому как стресс по-разному влияет на человека в зависимости от жизненного периода, в котором он находится в данный момент, то, насколько клетка пострадает от жизненных неурядиц, также зависит от стадии клеточного цикла, на которой они ее застали.
Ранее другая группа ученых из МГУ нашла способ регулирования клеточной подвижности при помощи недавно открытого белка. Результаты исследования могут помочь при создании новых лекарственных препаратов для лечения рака и болезней сосудов.
