Біологія
Біологія

Помилка реплікації в клітинах призвела до їх екструзії

Американські науковці з'ясували, що процес екструзії клітин запускається тоді, коли клітини застрягають на ранньому етапі клітинного поділу й не здатні до повноцінної реплікації ДНК. На їхню думку, явище може слугувати пристосуванням до усунення зайвих клітин, яке зменшує ризик розвитку пухлин. Результати оприлюднені в журналі Nature.

Ембріон C. elegans (зелений) витісняє клітину (рожева в центрі зображення) під час ембріонального розвитку. MIT

Ембріон C. elegans (зелений) витісняє клітину (рожева в центрі зображення) під час ембріонального розвитку. MIT

Що це за процес?

Клітини, як і цілий організм, із часом можуть втрачати свої функції, старіти. Тому для складних організмів дуже корисним є апоптоз — тип запрограмованої смерті клітин, потреба в яких більше відсутня. Усунення непотрібних клітин дає можливість замінити їх новими, функціональними. Проте для тканин важливо підтримувати цілісність, особливо, для епітеліальних, які виконують бар'єрну функцію. Наявність у структурі тканин апоптичних клітин, які втрачають міжклітинні зв'язки, може порушити цю захисну функцію. Але у тварин цьому запобігає механізм клітинної екструзії (від англійського extrusion — виштовхування, витискування). Під час цього процесу клітини, що помирають або з інших причин більше не потрібні, витісняються із шару тканини, водночас підтримуючи його цілісність. У хребетних явище настільки важливе, що порушення екструзії в епітеліальних тканинах пов'язують із розвитком раку. Між тим, чинники екструзії клітин наразі вивчені недостатньо. Тому науковці із Массачусетського технологічного інституту вирішили це змінити.

Що робили вчені?

Дослідники провели експерименти на лабораторних тваринах — крихітних нематодах Caenorhabditis elegans. Це зручні для вивчення істоти, оскільки їхні дорослі особини складаються лише із 959 клітин. Але насправді у процесі розвитку їхній організм формує 1090 клітин, з яких 131 згодом піддається апоптозу. Попередні досліди показали, що в генетично мутованих C. elegans, які не здатні до апоптозу, частина із непотрібних клітин усувається завдяки екструзії.

Тож у новій роботі вчені провели досліди на цих мутованих нематодах, щоб з'ясувати, які гени мають вирішальне значення у витісненні зайвих клітин. Вони проаналізували понад одинадцять тисяч генів круглого черва, поодинці блокуючи кожен із них та спостерігаючи за змінами, що це спричинило.

Що вони дізналися нового про екструзію?

Багато з генів, які виявилися ключовими в процесі екструзії виявилися також відповідальними за клітинний цикл поділу. Вони переважно були активними під час перших етапів підготування до поділу, коли відбувається подвоєння ДНК клітин — S-фаза клітинного циклу. Схоже, що клітини, які підпадають під екструзію, починають реплікацію ДНК, але застрягають на цьому етапі й не можуть його завершити.

Вчені також зауважили, що ці клітини здебільшого дуже маленькі, утворені внаслідок непропорційного поділу материнської клітини. У них спостерігається нестача білків та будівельних блоків для ДНК, тому вони нездатні нормально здійснити реплікацію, застрягають на S-фазі та зрештою витісняються із тканини. Зокрема, у цих клітин інактивується білок CDK1, який, серед іншого, контролює клітинну адгезію. Тож науковці припускають, що це призводить до порушення зчеплення маленьких клітин із сусідніми, через що ті від'єднуються від пласта клітин і, як наслідок, легко витискаються з нього.

Подальші досліди на клітинах ссавців показали, що в запуску клітинної екструзії також відіграє важливу роль антионкобілок p53. Тож екструзія може бути механізмом захисту від онкологічних захворювань. А те, що явище витіснення просте та властиве різним тваринам, зокрема таким примітивним як губки, наводить на думку, що це еволюційно дуже древнє пристосування до усунення клітин, яке могло виникнути навіть раніше за більш складний апоптоз.