Біологія
Біологія

Галапагоські черепахи уникли високого ризику раку завдяки дуплікації генів

Американські біологи описали потенційні генетичні та клітинні особливості, які дають змогу великим галапагоським черепахам жити довго та уникати розвитку раку. У геномі цих тварин виявили численні копії генів, залучених у пригніченні пухлин та довголітті, і їхні клітини проявили високу чутливість до стресу, пов'язаного із пошкодженням білків, реагуючи на нього швидким апоптозом. Про це йдеться у статті журналу Genome Biology and Evolution.

C. chathamensis. mtkopone / Wikimedia Commons

C. chathamensis. mtkopone / Wikimedia Commons

Чим зацікавили черепахи дослідників?

З віком в організмі накопичуються клітини, які працюють не так добре, як раніше. Наприклад, через збільшення мутацій у їхній ДНК, скорочення теломер та тривалого впливу стресових факторів. Вони можуть старіти та перетворюватися на злоякісні, даючи початок раковим пухлинам. Це одна з причин, чому у літніх людей зростає ризик захворіти на рак. Довгий час вважалося, що великі розміри тіла також супроводжуються більшими шансами набуття раку. Логіка у тому, що великий організм має більше клітин, а значить більша їх кількість потенційно може перетворитися на злоякісні. І така тенденція дійсно спостерігається в межах виду. Так, у дорослих людей частота раку зростає зі збільшенням росту, а в собак — зі збільшенням маси тіла. Однак такого не спостерігається, якщо порівнювати різні види. Наприклад, у величезних китів, деякі з яких живуть до двісті років, не більше шансів захворіти на рак, ніж у людини, всупереч суттєво більшому розміру тіла та кількості клітин. Явище отримало назву парадоксу Пето.

Очевидно, існують міжвидові відмінності на рівні молекулярних та клітинних механізмів захисту. Нещодавнє дослідження показало, що у геномі китів наявні різні варіації генів, які пригнічують розвиток пухлин, та дуплікації генів довголіття. Подібні вивчення проводили й стосовно інших ссавців, але значно рідше — інших хребетних. Науковці з Університету Південної Алабами та Університету штату Нью-Йорк в Баффало об'єдналися з колегами, щоб дослідити можливість довголіття, великого розміру тіла й стійкості до раку в черепах, зокрема гігантських галапагоських, які можуть жити понад 150 років та важити більш як 200 кілограмів.

Яких черепах дослідили та яким чином підішли до роботи?

Спочатку науковці провели порівняльний аналіз розмірів тіла, тривалості життя та ризику розвитку раку серед 357 видів сучасних черепах та п'яти видів вимерлих. Відтак вони проаналізували шість доступних геномів черепах на предмет наявності та особливостей генів довголіття та стійкості до раку. Зрештою, дослідники провели досліди в лабораторії із культурами клітин, отриманих від п'яти таксонів рептилій — видового комплексу галапагоських черепах (Chelonoidis niger), зірчастої бірманської черепахи (Geochelone platynota), гофера Агассіса (Gopherus agassizii), дзьобастої капської черепахи (Homopus aerolatus) та каролінської коробчастої черепахи (Terrapene carolina). Клітини тварин піддавали різним типам цитотоксичного стресу (наприклад, оксидативному) через використання відповідних препаратів, щоб вивчити механізми протистояння їм.

Що вдалося дізнатися про довголіття та стійкість до раку у черепах?

Першим вчені помітили, що гігантизм розвинувся в кількох лініях черепах незалежно, але зазнав суттєвого прискорення в лініях, що є предковими щодо галапагоських черепах. Водночас у цих ліній розвинулася більша стійкість до ракових новоутворень та схильність до довголіття.

Генетичний аналіз показав, що в геномах гофера Агассіса та особливо у галапагоських черепах наявні численні копії генів, які пов'язані з пригніченням розвитку пухлин та довголіттям, як-от процесами старіння, апоптозу (запрограмованої клітинної смерті), регуляції клітинного циклу, репарації ДНК та захисту мітохондріальної ДНК від оксидативного стресу. Вивчення культур клітин від різних черепах вказало, що загалом усі з п'яти досліджених видів виявилися стійкими до оксидативного стресу, пов'язаного зі старінням. Це було зумовлено запуском апоптозу у відповідь на стрес — самознищенням пошкоджених клітин, перш ніж ті можуть перетворитися на злоякісні. Однак представники різних таксонів демонстрували неоднакову чутливість до інших типів стресу. Приміром, в галапагоських черепах клітини реагували на стрес ендоплазматичного ретикулуму, який проявляється пошкодженням білків, вдвічі сильнішою апоптичною реакцією, ніж в інших черепах. А в гофера Агассіса, на відміну від більшості інших досліджених черепах, спостерігався високий рівень апоптозу у відповідь на пошкодження ДНК.

Зі своїх дослідів вчені роблять висновок, що в галапагоських черепах за великими розмірами тіла та довгоживучістю, які не призводять до вищого ризику раку, може стояти більша чутливість до стресу ендоплазматичного ретикулуму. Ці знання можуть допомогти у розробленні нових ефективних ліків для лікування ракових захворювань у людей.