Исследование ДНК раскрывает механизмы клеточных мутаций
Исследователи из Университета штата Колорадо изучают повреждения ДНК в живых клетках, чтобы понять, как возникают генетические аномалии. Хорошо известно, что молекулы ДНК постоянно повреждаются внешними факторами: солнечным светом, сигаретным дымом, радиацией. Однако недавно стало ясно, что внутренние источники в самой клетке могут быть даже более разрушительными.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) находится в ядре каждой клетки, содержит генетический код и всю информацию для её работы. Повреждение ДНК может привести к мутации, изменению клетки и иногда к заболеванию.
В исследовании, опубликованном в ноябрьском номере Genetics, группа под руководством Дж. Лукаса Аргесо, доцента CSU, обнаружила новую и важную роль РНК (рибонуклеиновой кислоты) в этом процессе. Учёные CSU сотрудничали с Национальным институтом наук об охране окружающей среды в Северной Каролине.
РНК играет центральную роль в функционировании генов. Клетки используют для её создания рибонуклеотиды, которые и стали фокусом исследования.
«Клетки содержат гораздо больше РНК, чем ДНК», — отметил Аргесо.
Клетки также имеют больше рибонуклеотидов, чем дезоксирибонуклеотидов (строительных блоков ДНК). Поскольку они химически очень похожи, клетки часто ошибочно встраивают фрагменты РНК в ДНК.
Аргесо и его команда изучают, что происходит с дрожжевыми клетками, когда они не могут точно удалить РНК из ДНК. В исследовании участвовали аспирант Хейли Коновер (ведущий автор) и постдок Дебора Афонсо Корнелио.
«Та же проблема возникает у людей, моркови, бабочек и дрожжей — модельного организма в нашей лаборатории. Те же дрожжи, что используются для выпечки хлеба и пивоварения, — невероятно полезная биомедицинская модель», — пояснил Аргесо.
Результаты имеют прямое значение для детей с синдромом Айкарди-Гутьер — тяжёлым заболеванием, поражающим мозг, иммунную систему и кожу.
«Это очень серьёзная болезнь, которой страдают дети, рождённые без критически важного фермента, удаляющего строительные блоки РНК из ДНК. Наши модельные дрожжевые клетки были модифицированы, чтобы иметь тот же генетический дефект, что и у этих детей, чтобы мы могли исследовать проблему в самой её основе», — сказал учёный.
Будущие исследования сосредоточатся на раке
Следующий шаг команды — расширить работу в области онкологии. Они хотят определить, как рибонуклеотиды увеличивают хромосомные аномалии и являются ли эти увеличения асимметричными в зависимости от того, в какую из двух цепей ДНК они встроены.
Большинство раковых заболеваний имеют ту или иную форму изменения хромосомной структуры, причём рак молочной железы и яичников, по словам Аргесо, наиболее подвержены этой проблеме.
Кроме того, механизм действия некоторых давно используемых форм химиотерапии заключается в уменьшении производства строительных блоков ДНК.
«Раковые клетки быстро размножаются. Для этого им нужны строительные блоки ДНК. Химиотерапия используется, чтобы уменьшить их количество. Однако, когда вы сокращаете число этих блоков, вы загоняете раковые клетки в угол, и они в итоге встраивают в ДНК больше строительных блоков РНК», — объяснил исследователь.
Другими словами, то, что химиотерапевтический агент поощряет раковые клетки встраивать, заставляет их приобретать ещё больше мутаций. Это может помочь объяснить, почему рак часто возвращается в более агрессивной форме после ремиссии.
«Это непреднамеренное последствие может быть одним из механизмов, вызывающих такой исход», — заключил Аргесо.