В МГУ открыт белок, защищающий клетки от гибели

Химики из Московского государственного университета обнаружили новое свойство теломеразной РНК. Это один из ключевых компонентов клеточного фермента — теломеразы. Оказалось, теломеразная РНК кодирует белок, помогающий клеткам человека сопротивляться стрессу. Открытие биохимиков поможет в борьбе с онкозаболеваниями и, возможно, приблизит создание эффективных омолаживающих средств.

Исследования, посвященные борьбе со старением человеческого организма, всегда привлекали ученых, но в последнее время в этой области случаются гигантские прорывы. Сейчас это направление тесно связано с изучением механизма клеточного деления и способности клеток противостоять стрессовым воздействиям. Например, противостоять воздействую различных видов излучения и токсинов или недостатку поступающих в нее питательных веществ.

Большинство клеток способно делиться только ограниченное количество раз. Ограничение возникает потому, что молекула ДНК при каждом акте деления клетки теряет расположенные на ее концах повторяющиеся участки — теломеры. Как только количество повторов на конце ДНК становится критически малым, дальнейшее деление становится невозможным, и клетка погибает.

Теломераза умеет кодировать

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Предыдущая фотография

Следующая фотография

1 / 2

Рис. 2. Микрофотография клеток дикого типа и клеток с повышенным содержанием hTERP после обработки ДНК-повреждающим веществом

Фото: Пресс-служба "Химический факультет МГУ"

Рис. 3. Анализ методом флуоресцентной микроскопии позволил выявить нарушения в развитии аутофагии в клетках, содержащих мутантный hTERP. Зеленым окрашен маркер развития аутофагии

Фото: Пресс-служба "Химический факультет МГУ"

Однако науке давно известны клетки, способные к неограниченному делению. Прежде всего эмбриональные. А в случае зрелого организма такая способность есть у стволовых и раковых клеток. Как показали исследования, в ядрах перечисленных клеток активен особый фермент — теломераза, которая достраивает теломеры на концах ДНК и таким способом неограниченно увеличивает число циклов деления клетки.

До недавнего времени считалось, что входящая в состав теломеразы теломеразная РНК является некодирующей, то есть работает только как фермент при построении теломер, но никак не участвует в синтезе белков в клетке. Но группе ученых химического факультета МГУ под руководством доктора химических наук, профессора, академика РАН Ольги Донцовой удалось показать альтернативную роль теломеразной РНК в соматических клетках человека. В цитоплазме она действительно присутствует в неактивной форме и не может участвовать в наращивании теломерной ДНК, однако теломеразная РНК все-таки кодирует синтез белка (hTERP). Доказательства существования белка, кодируемого теломеразной РНК человека в клетках, получены благодаря сотрудничеству с академиком Вадимом Говоруном (ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА России), под чьим руководством были выполнены ключевые эксперименты по идентификации изучаемого белка методами масс-спектрометрии.

Биохимики искусственно повышали содержание этого белка в клетках, а затем обрабатывали их веществами, повреждающими ДНК. Оказалось, что hTERP защищает клетки от гибели в результате апоптоза (то есть распада на отдельные тельца, ограниченные мембраной), развивающегося в ответ на повреждения ДНК.

Дальнейшие исследования позволили обнаружить, что hTERP участвует в модуляции так называемой аутофагии — в этом случае клетка переваривает свою часть, «пришедшую в негодность», но выживает.

Изучение аутофагии имеет прикладное значение в исследовании механизмов омоложения организма при помощи радикальных диет: считается, что клетки, ограниченные в питании, утилизируют собственные белки, в которых со временем присутствует все больше дефектов. Другой, не менее важный аспект исследования механизмов аутофагии затрагивает ее роль в опухолеобразовании. Считается, что на ранних этапах этого процесса аутофагия снижает риск возникновения опухоли, но по мере прогрессии опухолеобразования тот же механизм способствует выживанию раковых клеток в различных стрессовых условиях.

Ученые надеются, что их открытие существенно изменит представление о роли теломеразной РНК в функционировании клеток.

«Белков, защищающих клетки от стрессовых воздействий, достаточно много,— пояснила один из авторов работы доцент химического факультета МГУ имени Ломоносова, кандидат химических наук Мария Рубцова.— Открытие нового белка интересно именно тем, что он найден в РНК, которая раньше считалась некодирующей. Ее очень активно исследуют как компонент теломеразы. Мы открыли, что она может иметь и другую функцию, если находится не в ядре клетки, а в ее цитоплазме. Изучение всех свойств теломеразы может приблизить ученых к созданию "эликсира молодости" и содействовать в борьбе с раковыми заболеваниями».

Как отмечают исследователи, альтернативную роль теломеразной РНК в соматических клетках человека удалось показать благодаря использованию оборудования, полученного в рамках программы развития МГУ. Применяя сортер клеток, биохимики получали необходимые клеточные линии (в частности, при помощи методов редактирования генома). А белок в клетках локализовывали, применяя современные флуоресцентные микроскопы.

Большую роль в проведении работы сыграло сотрудничество научной школы Ольги Донцовой с крупнейшими институтами РАН, где биохимикам помогали создавать клеточные линии, и Сколковским институтом науки и технологий, оказавшим бесценную помощь в разработке методов иммуноблоттинга. Отдельную благодарность ученые МГУ выражают грантовым агентствам — Российскому научному фонду и Российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Ольга Якубова, химический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова