Учёные обнаружили белок, останавливающий клеточный цикл в ответ на стресс
Исследователи из UT Southwestern определили новый механизм, с помощью которого стресс заставляет клетки прекращать деление.
Используя методы, созданные в UT Southwestern, команда идентифицировала у дрожжей белок Xbp1, который играет ранее нераспознанную роль в остановке клеточного цикла — процесса, при котором одна клетка воспроизводит себя, делясь на две. Согласно исследованию, накапливаясь в ответ на стрессовые события, белок Xbp1 подавляет клеточный цикл.
Результаты, опубликованные в Journal of Cell Biology, по-видимому, решают одну давнюю загадку клеточного цикла. Если учёные смогут идентифицировать белок с аналогичной функцией у млекопитающих, это исследование может в конечном итоге привести к новым способам ускорения заживления ран (стимулируя деление клеток) или улучшения лечения рака (подавляя его).
Новый метод для изучения отдельных клеток
Учёные давно знают, что стрессовое событие, такое как голодание, может перевести клетку в защитное состояние, известное как покой (квайесценция). Обычно клеточный цикл останавливается непосредственно перед репликацией ДНК. Однако меньшинство клеток, по-видимому, входят в состояние покоя на других этапах процесса.
Чтобы понять почему, учёные изучили дрожжевые клетки, подвергнутые пищевому стрессу. Исследователи смогли изучить отдельные клетки в этом состоянии с помощью метода microfluidics six-color imaging, разработанного в UT Southwestern. Этот метод сочетает технологию культивирования клеток (микрофлюидика) с шестицветной флуоресцентной микроскопией. Также использовалось машинное обучение для отслеживания до шести биохимических реакций в отдельных клетках в реальном времени.
Роль белка Xbp1
Хотя большинство голодающих клеток входили в состояние покоя на ожидаемом этапе (перед репликацией ДНК), около 7% останавливались на другой стадии клеточного цикла.
Используя новые методы для маркировки и отслеживания конкретных белков в отдельных клетках с течением времени, исследователи обнаружили, что все голодающие клетки демонстрировали повышенный уровень набора белков стрессового ответа. Однако клетки, которые становились покоящимися в неожиданных точках цикла, все имели изобилие Xbp1. Исследование показало, что этот белок необходим для остановки клеточного цикла после репликации ДНК.
Дальнейшие эксперименты показали, что это накопление Xbp1 вызывало паузу в клеточном цикле, даже когда активность другого белка Cdk1, стимулирующего пролиферацию, была высокой. Уровни Xbp1 не были статичными — они повышались после каждого стрессового события, которое переживала клетка, или чем дольше длилось стрессовое событие.
«Это накопление было настолько предсказуемым, что мы могли определить, скольким стрессовым событиям подверглась клетка, по количеству Xbp1 в её ядре», — отметил доктор Аргуэльо-Миранда. Результаты предполагают, что Xbp1 обладает вновь обнаруженной функцией в регуляции клеточного цикла, позволяя дрожжевым клеткам «помнить» воздействие стресса и защищаться, входя в состояние покоя.
Хотя у млекопитающих нет прямого гомолога Xbp1, другие белки, по-видимому, демонстрируют сходную биохимическую активность. Эти белки станут предметом будущих исследований.