Ученые исследовали процесс возобновления деления клеток

Ученые, используя деление дрожжей, идентифицировали основные гены клеток в состоянии покоя, которые  переключают то состояние обратно в режим деления. Ученые надеются, что понимание данного механизма поможет разработать новые методы лечения рака.

Что нам известно о росте и делении клеток?

Во всех живых организмах клетки размножаются, когда питательные и экологические условия благоприятны для деления. Наличие достаточного питания с источником азота является одним из основных решающих факторов, необходимых для инициирования процесса деления клеток, поскольку азот необходим для получения ДНК, РНК и белка. Когда внешний источник азота отсутствует, клетки должны перерабатывать внутриклеточный источник азота и оставаться в состоянии покоя, известном как фаза G0. Среда содержит избыточный источник энергии в виде углерода (глюкоза), так что метаболизм клеток G0 в мозге или в мышцах полностью активен. В фазе G0 клетки меняются на формы, отличные от режима деления, и они изменяют способ, с помощью которого они работают, чтобы справиться с дефицитом источника азота, реактивировать для деления только при благоприятном и достаточном количестве азота. Эта способность клеток перезапускать процесс деления клеток называется митотической компетентностью (MC).

«Важное значение имеет понимание того, как клетки G0 поддерживают свою способность делиться при благоприятных условиях», — говорит автор исследования Кеничи Саджики (Kenichi Sajiki), научный сотрудник лаборатории Мицухиро Янагида (Mitsuhiro Yanagida).

Материалы и методы обследования

Ученые из Окинавского института науки и технологии (OIST) определили 85 генов, необходимых для деления дрожжевых клеток, в условиях окружающей среды ограниченного питания, чтобы поддерживать их способность вернуться в режим деления. Исследование проливает свет на генетическую природу, необходимую для отдыха клеток, таких  как раковые стволовые клетки, для реактивации и потенциального применения при разработке новых методов лечения рака. Научная работа была опубликована в журнале Science Advances.

Для этого исследования Кеничи Саджики с соавторами изучили мутантные клеточных штаммы 3280 делящихся дрожжей, у которых присутствовал один из этих генов, или часть которых была удалена.

Дрожжевые клетки в активной фазе стимулировались для роста и размножения, получая необходимые питательные вещества. Затем подачу азота прекращали, чтобы индуцировать фазу G0. После индуцирования фазы G0 дрожжевые клетки поддерживались в этом состоянии в течение четырех недель. По истечении этого времени, возобновив подачу азота, они вернулись в фазу деления.

Результаты научной работы

Однако у 85 из всех 3280 мутантных штаммов дрожжей были выявлены более короткие периоды MC. Поэтому ученые предположили, что эти 85 пропавших генов необходимы для дрожжевых клеток для поддержания МС во время фазы G0. К их удивлению, почти половина этих генов, как сообщается, были связаны с раком, что подразумевало тесную взаимосвязь между поддержанием MC в клетках G0 и злокачественным процессом в раковых клетках. Как известно, стволовые клетки в раковой опухоли остаются в фазе G0, подвергаясь воздействию применяемых в настоящее время методов лечения рака, которые нацелены на подавление деления клеток, а затем активируются и начинают делиться снова.

У мутантных дрожжевых клеток с самым коротким МС отсутствует nem1, ген, связанный с дефосфорилированием белков. Дефосфорилирование представляет собой процесс, необходимый для передачи сигналов внутри клетки, что происходит путем изменения активности различных белков. С другой стороны, клетки, лишенные генов, ответственных за ремоделирование структуры ДНК и деградацию ненужных материалов внутри клеток, демонстрировали более длительные периоды MC, что предполагает само по себе, что эти функции необходимы для продления фазы G0. Эти наблюдения, таким образом, помогли идентифицировать латентный период, требуемый для поддержания МС.

В клетках, в которых отсутствует nem1, обнаруживаются ядра с ненормальной формой. Это есть результат потери контроля в сигнальном пути, ответственного за деградацию клеток. Саджики также обнаружил, что Nem1 дефосфорилирует еще один продукт гена — Ned1, который контролирует липидный баланс внутри клеток, и дисфункция которого приводит к распаду ядра. Таким образом, это подтверждает ассоциацию двух генов nem1-ned1, играющих важную роль в защите ядра при переходе клетки от пролиферации к покою, что приводит к чрезмерной деградации внутриклеточных компонентов при сохранении MC.

Эта связь nem1 как регулятора и ned1 как цели также предлагает новую структуру генетической сети для поддержания MC, поскольку поддерживающие исследования показали, что nem1 требуется для поддержания MC исключительно в фазе G0, тогда как ned1 требуется как в G0, так и в фазе деления. Некоторые гены могут работать как специальные G0-переключатели. Ученые идентифицировали около 80 таких генов для каждой группы.

Выводы

Янагида говорит: «Это исследование является настоящим прорывом для нашего понимания того, как MC поддерживается внутри клеток G0. Для поддержания MC необходимы две группы генов, каждая из которых имеет менее 100 звеньев, и по крайней мере в одном случае Nem1 и Ned1, каждый из которых представлял две группы и непосредственно взаимодействовал для дефосфорилирования белка. Идентифицировали новый класс из 85 генов GZE».

Авторы другого исследования утверждают, что накопление продукта метаболизма клеток связано с ростом опухоли почки.

Приглашаем подписаться на наш канал в Яндекс Дзен


 
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Руслан Хусаинов/ автор статьи
Должность - Главный редактор, автор статьей E-mail для связи - [email protected] Врач - ультразвуковой диагностики, детский травматолог-ортопед  г. Санкт-Петербург.
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий