Гол в свои ворота: белок-регулятор вызывает мутации и в стволовых, и в раковых клетках Популярный университет

Гол в свои ворота: белок-регулятор вызывает мутации и в стволовых, и в раковых клетках

Российские учёные выяснили, что белки C/EBP, которые участвуют в работе стволовых клеток и влияют на метаболизм и продолжительность жизни человека, ещё и вызывают появление мутаций в регуляторных районах генов. Это может нарушать деление клеток, менять их «жизненный путь» и приводить к серьёзным заболеваниям, включая рак. Результаты работы опубликованы в журнале Cell Reports. Исследование поддержано грантами Российского научного фонда (РНФ).

Генетическая информация живых существ, включая человека, закодирована в геноме — наборе молекул ДНК, состоящих из двух цепей. Каждую из них образуют структурные единицы — нуклеотиды четырёх типов, — которые можно сравнить с буквами в составе слов. Буквы, стоящие напротив друг друга в двух цепях молекулы ДНК, подчиняются строгим правилам «спаривания»: напротив «А» стоит «Т», напротив «Г» — «Ц». По разным причинам в ДНК могут случайно происходить замены нуклеотидов, что вызывает нарушение правильного спаривания. Для исправления таких ошибок в клетке есть специальная система. Если она не справляется с работой, испорченные участки при делении передаются одной из дочерних клеток и становятся мутациями. Мутации в активных районах генома опасны: они могут ошибочно активировать или блокировать работу генов, нарушать деление и менять «судьбу» клеток.

Учёные из Института белка РАН (Пущино) с коллегами из НИИ Физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского, Института общей генетики имени Н. И. Вавилова и Института молекулярной биологии имени В. А. Энгельгардта (Москва) исследовали частоту возникновения мутаций в разных участках ДНК стволовых клеток взрослого человека. Такие клетки называются соматическими стволовыми клетками, организм использует их, чтобы поддерживать структуру и обеспечивать регенерацию тканей и органов. Мутации, которые возникают в стволовых клетках, передаются их дочерним при делении и могут приводить к злокачественным новообразованиям. Поэтому для стволовых клеток важно находить в геноме и ошибки, и склонные к ним «хрупкие» участки.

С помощью компьютерных методов исследователи проанализировали информацию о расположении мутаций в ДНК соматических стволовых клеток. Оказалось, что неожиданно часто мутируют места присоединения белков семейства C/EBP. Эти белки — важные регуляторы, которые нужны в различных типах клеток и участвуют во многих процессах — от определения будущей функции клеток до старения организма. Чтобы выяснить причину этих нарушений, учёные построили молекулярную модель взаимодействия одного из C/EBP-белков — C/EBPβ — с ДНК. Модель предсказала, а эксперимент подтвердил, что белок значительно более прочно связывается с «повреждёнными» участками, несущими замену единственного нуклеотида — «Ц» на «Т» — в одной из цепей. Это небольшое изменение приводит к появлению дополнительной водородной связи между белком и ДНК и поэтому к более прочному связыванию. В таком состоянии ДНК оказывается недоступна для системы, которая могла бы исправить неправильную «букву». В результате ошибка в последовательности сохраняется, и при делении клеток мутация передаётся одной из двух дочерних клеток.

Рисунок. Роль белка C/EBPB в закреплении мутаций. Источник: Ershova A.S. et al. / Cell Reports, перевод и оформление: Ирина Елисеева.

«Интересно, что в дочерних клетках с мутировавшей последовательностью, которую исходно упустила система исправления ошибок, белок C/EBPβ будет связываться достаточно неохотно. Вероятно, что такое нарушение участков связывания C/EBP — ещё один неучтённый фактор, затрудняющий адекватную работу стволовых клеток при старении организма или провоцирующий их трансформацию в раковые», — рассказывает Ирина Елисеева, кандидат биологических наук, руководитель гранта РНФ, старший научный сотрудник ИБ РАН.

«Важно, что точечный мутагенез участков посадки белков C/EBP не ограничивается стволовыми клетками: этот же эффект мы обнаружили и в раковых. Мы предполагаем, что усиленное связывание C/EBP с повреждённым участком ДНК может создать для конкретной раковой клетки короткое «окно возможностей» — от момента замены нуклеотида до ближайшего клеточного деления — в которое она временно приобретает новые свойства, например, дополнительно активирует какой-то ген и избегает действия противоопухолевой терапии. В целом, понимание хрупкости участков посадки C/EBP позволяет по-новому взглянуть на конкретные районы генома, где таких участков много, и мотивирует особенно тщательно их анализировать в районах, управляющих работой онкогенов или онкопротекторов», — предполагает первый автор работы, сотрудница НИИ Физико-химической биологии имени А. Н. Белозерского, кандидат биологических наук Анна Ершова.

Иллюстрация к данной новости: художественная визуализация механизма появления мутаций. Автор иллюстрации: Татьяна Руссита.

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: