В мусорной ДНК нашли «Ключ к бессмертию»

Российские молекулярные биологи обнаружили, что "мусорная" ДНК на концах хромосом содержит в себе инструкции по синтезу белка, помогающего клеткам не гибнуть от стресса. Их выводы были представлены в журнале Nucleic Acids Research.

"Этот белок интересен тем, что он найден в РНК, которая раньше считалась некодирующей, одним из "помощников" теломеразы. Мы открыли, что она может иметь и другую функцию, если находится не в ядре клетки, а в её цитоплазме. Изучение всех свойств теломеразы может приблизить учёных к созданию "эликсира молодости" и содействовать в борьбе с раковыми заболеваниями", — заявила Мария Рубцова из МГУ имени М. В. Ломоносова, чьи слова передает пресс-служба вуза.

Ключ к бессмертию

Клетки зародыша и эмбриональные стволовые клетки являются фактически бессмертными с точки зрения биологии — они могут жить практически неограниченно долго в адекватной среде обитания, и делиться неограниченное число раз. В противоположность этому, клетки тела взрослого человека постепенно теряют способность делиться через 40-50 циклов деления, вступая в фазу старения, что предположительно снижает шансы на развитие рака.

Эти различия связаны с тем, что каждое деление "взрослых" клеток приводит к сокращению длины их хромосом, концевые участки которых помечены специальными повторяющимися сегментами, так называемыми теломерами. Когда теломер становится слишком мало, клетка уходит "на пенсию" и прекращает участвовать в жизни организма.

В эмбриональных и раковых клетках этого никогда не происходит, так как их теломеры обновляются и удлиняются при каждом делении благодаря особым ферментам-теломеразам. Гены, отвечающие за сборку этих белков, "выключены" во взрослых клетках, и в последние годы ученые активно думают о том, нельзя ли продлить жизнь человеку, принудительно включив их или создав искусственный аналог теломераз.

Рубцова и ее коллеги уже долгое время изучают то, как работают "естественные" теломеразы человека и других млекопитающих. Недавно их заинтересовало то, почему обычные клетки тела, где этот белок не работает, по каким-то причинам синтезируют большие количества одного из ее помощников, короткую молекулу РНК под названием TERC.

Эта последовательность из примерно 450 "генетических букв", как объясняет биолог, раньше считалась обычным фрагментом "мусорной ДНК", который теломераза копирует и добавляет к концевым участкам хромосом. По этой причине ученые не обращали особого внимания структуру TERC и возможные роли этого обрывка генома в жизни клеток.

Скрытый помощник

Анализируя структуру этой РНК в раковых клетках человека, команда Рубцовой заметила, что внутри нее присутствует особая последовательность нуклеотидов, которая обычно обозначает начало белковой молекулы. Обнаружив столь любопытный "обрывок", биологи проверили, есть ли его аналоги в клетках других млекопитающих.

Оказалось, что они присутствовали в ДНК кошек, лошадей, мышей и многих других животных, причем их структура этого фрагмента в геноме каждого из этих животных совпадала примерно наполовину. Это натолкнуло генетиков на идею, что внутри TERC сохранились не бессмысленные обрывки древних генов, а вполне "живой" белок.

Они проверили эту идею, вставив в ДНК тех же раковых клеток дополнительные копии этой РНК и заставив их активнее считывать подобные участки. Дополнительно ученые провели серию аналогичных опытов на кишечной палочке, в чьем геноме нет "классических" хромосом и теломераз.

Оказалось, что теломеразная РНК действительно отвечала за синтез особых белковых молекул, hTERP, состоявших всего из 121 аминокислоты. Его повышенная концентрация в раковых клетках и микробах, как показали дальнейшие опыты, защищала их от различных видов клеточного стресса, спасая их жизнь при перегреве, недостатке пищи или появлении токсинов.

Причиной этого, как позже выяснили Рубцова и ее коллеги, было то, что hTERP ускоряет процесс "переработки" обрывков белков, РНК и прочих молекул в лизосомах, главных "мусоросжигателях" клетки. Это одновременно защищает их от гибели и заметно уменьшает шансы на появление мутаций и развитие рака.

Дальнейшие опыты, по словам генетиков, помогут нам понять, как взаимодействуют друг с другом теломеразы и hTERP, и как их можно использовать для создания своеобразного "эликсира молодости", безопасного с точки зрения онкологии.