Ученые раскрыли механизм защиты клеток от преждевременного старения

Молекулы, которые накапливаются на концах хромосом, играют ключевую роль в предотвращении повреждения ДНК. Исследователи из EPFL выяснили, как эти молекулы находят конкретные участки хромосом. Это открытие поможет лучше понять процессы, регулирующие выживаемость клеток при старении и раке.

Теломеры — защитные "колпачки" на концах хромосом, подобные наконечникам шнурков. При делении клеток теломеры укорачиваются, и их защитная функция ослабевает. Слишком короткие теломеры приводят к остановке деления клетки. Укорочение и дисфункция теломер связаны со старением клеток и возрастными заболеваниями, включая рак.

Известно, что РНК под названием TERRA регулирует длину и функцию теломер. TERRA, открытая в 2007 году, относится к некодирующим РНК и не превращается в белки, а служит структурным компонентом хромосом. Она накапливается на концах хромосом, сигнализируя о необходимости удлинить или восстановить теломеры.

Однако оставалось неясным, как TERRA попадает на концы хромосом и удерживается там. Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи из групп Йоахима Лингнера (EPFL) и Лумира Крейчи (Университет Масарика) проанализировали механизм накопления TERRA на теломерах и задействованные в этом белки. Результаты опубликованы в Nature.

Как TERRA находит свой дом

Визуализация молекул TERRA под микроскопом показала, что короткий участок этой РНК критически важен для её доставки к теломерам. Эксперименты также выявили, что несколько белков регулируют связывание TERRA с теломерами. Среди них особенно важную роль играет белок RAD51.

RAD51 — хорошо известный фермент, участвующий в репарации разрывов ДНК. Оказалось, что он также помогает TERRA присоединиться к теломерной ДНК с образованием так называемой "гибридной молекулы РНК-ДНК". Ранее считалось, что такая реакция, приводящая к формированию трёхцепочечной нуклеиновой кислоты, происходит в основном при репарации ДНК. Новое исследование показывает, что это может происходить и на концах хромосом при связывании TERRA с теломерами. "Это меняет парадигму", — говорит Лингнер.

Также было обнаружено, что короткие теломеры привлекают TERRA гораздо эффективнее, чем длинные. Хотя механизм этого явления не ясен, учёные предполагают, что слишком короткие теломеры (из-за повреждения ДНК или многократных делений клетки) активно рекрутируют молекулы TERRA. Этот процесс опосредован белком RAD51, который также способствует удлинению и восстановлению теломер. "TERRA и RAD51 помогают предотвратить случайную потерю или укорочение теломер. Это важная функция", — отмечает Лингнер.

Учитывая роль теломер в здоровье и болезнях, важно понять, как регулируется этот вновь открытый механизм (выведенный из наблюдений в живых клетках и воспроизведённый в пробирке) в сложной клеточной среде. "Мы предлагаем модель, которую поддерживают наши данные, но в науке часто оказывается, что модель нужно дорабатывать. Наверняка будут новые сюрпризы", — говорит учёный.

В дальнейшем команда планирует выяснить, опосредует ли RAD51 связывание других некодирующих РНК с хромосомами, а также лучше охарактеризовать механизм ассоциации TERRA с хромосомами и его функции. "Остаётся ещё много открытых вопросов", — заключает Лингнер.