Эпигенетические изменения помогают клеткам адаптироваться к низкому уровню кислорода

Исследователи из Каролинского института обнаружили, как клетки могут регулировать активность генов для выживания в условиях нехватки кислорода. Исследование, опубликованное в Nature Cell Biology, показывает, что клетки используют ранее неизвестный механизм для контроля над тем, какие белки производятся и как быстро.

При кислородном голодании, например, в опухоли или после травмы, клетки должны быстро адаптироваться. Учёные выяснили, что на молекулярном уровне эта адаптация происходит за счёт переключения стартовой точки считывания генов, что влияет на эффективность производства белков.

«Мы увидели, что клетки в условиях гипоксии часто используют альтернативные стартовые сайты для регуляции генов, что меняет характеристики так называемой 5′UTR последовательности mRNA», — говорит Кэтлин Уотт, первый автор исследования.

Эта последовательность действует как «разбег» перед началом сборки белка. Её характеристики контролируют, насколько эффективно клетка производит белки. В условиях низкого кислорода клетки часто выбирают другие версии 5′UTR, что позволяет более эффективно производить определённые важные белки.

Примером служит фермент PDK1, который помогает клетке переключить производство энергии с кислородозависимого процесса на гликолиз, работающий без кислорода. Это ключевая стратегия выживания в стрессовой среде.

Эпигенетика контролирует переключение

Исследователи также показали, что это переключение контролируется эпигенетическими изменениями — химическими модификациями упаковки ДНК, влияющими на активность генов. Ключевую роль играет специфическая модификация H3K4me3. Воздействуя на неё с помощью препаратов, учёные смогли заставить клетки менять стартовые сайты генов даже без изменения уровня кислорода.

«Это говорит о том, что эпигенетические изменения — не просто следствие гипоксии, а активная часть стратегии адаптации клетки», — отмечает Кшиштоф Шкоп, соавтор исследования.

Исследование даёт новое понимание того, как клетки регулируют производство белков в условиях стресса, и может быть важно для будущих исследований рака, поскольку опухолевые клетки часто существуют в среде с низким содержанием кислорода.