Умирающие клетки могут защищать свои стволовые клетки от уничтожения

Клетки, погибающие в результате облучения или химиотерапии, могут посылать предупреждающий сигнал близлежащим стволовым клеткам. Этот химический сигнал позволяет стволовым клеткам избежать той же участи, сообщают исследователи из Вашингтонского университета в выпуске журнала Nature Communications от 11 мая.

Это открытие может объяснить, почему многие виды рака возвращаются после первоначального ответа на лечение, и привести к созданию новых, более эффективных противораковых препаратов, говорит Ялан Син, постдокторант кафедры биохимии UW и ведущий автор исследования.

Большинство тканей человека содержат взрослые стволовые клетки. Эти клетки бесконечно регенерируют и производят дочерние клетки, которые могут созревать в самые разные типы клеток. Это позволяет нашему телу расти и заменять поврежденные или стареющие клетки. Однако многие виды рака содержат аналогичные клетки, называемые «опухолеинициирующими клетками» или «раковыми стволовыми клетками». Они также могут давать начало новым опухолевым клеткам.

Оба типа клеток имеют еще одно общее свойство: они часто могут выживать после облучения и химиотерапии. В случае стволовых клеток эта способность позволяет нашему организму восстановиться после такого лечения. Однако в случае опухолеинициирующих клеток эта стратегия выживания делает возможным устойчивость опухолей к лечению и их возвращение.

Чтобы выяснить, как эти клетки выживают после воздействия доз радиации и химиотерапии, которые должны быть смертельными, Ялан Син и Ханнеле Руохола-Бейкер, профессор биохимии, заместитель директора Института стволовых клеток и регенеративной медицины UW и старший автор исследования, изучили взрослые стволовые клетки плодовой мушки и естественный процесс удаления ненужных клеток, называемый апоптозом.

Апоптоз, также известный как запрограммированная гибель клеток, — это упорядоченный метод очистки, который использует наш организм для устранения поврежденных, состарившихся или более ненужных клеток. В случае облучения и химиотерапии повреждение ДНК клетки от этих методов лечения запускает апоптоз и гибель клетки.

В своем исследовании ученые показывают, что после воздействия радиации умирающие дочерние клетки высвобождают белок под названием Pvf1, который похож на человеческий белок ангиопоэтин и связывается с рецепторами Tie на близлежащих материнских стволовых клетках. Это связывание белка с рецептором заставляет стволовые клетки производить короткий фрагмент РНК, называемый microRNA bantam, который подавляет выработку ключевого белка Hid/Diablo/Smac, необходимого для запуска апоптоза.

В результате, хотя стволовые клетки, как и их дочерние клетки, могли получить серьезные повреждения ДНК, при подавленной выработке Hid они не могут самоуничтожиться.

«По сути, дети говорят маме защитить себя», — сказал Син.

Поскольку они не могут немедленно самоуничтожиться, стволовые клетки выживают до тех пор, пока не придет время для их размножения и регенерации ткани. Исследовательская группа предполагает, что по мере подготовки стволовых клеток к размножению они активируют ряд механизмов, которые восстанавливают поврежденную ДНК. Блокируя апоптоз, умирающие дочерние клетки позволили своим материнским стволовым клеткам выжить до тех пор, пока у них не появится наилучший шанс восстановиться после повреждения ДНК, вызванного лечением, и регенерировать поврежденную ткань.

Эта система имеет эволюционный смысл, сказала Ханнеле Руохола-Бейкер. Защищая материнские стволовые клетки, матриархов, умирающие дочерние клетки сохраняют единственный тип клеток, способный регенерировать ткань — взрослую стволовую клетку.

«В человеческих раковых клетках есть очень похожие гены и белки, которые, вероятно, играют ту же роль — защищают опухолеинициирующие клетки от уничтожения. В результате опухолеинициирующие клетки выживают, и рак возвращается. Нацеливаясь на эти факторы, возможно, путем блокирования рецепторов Tie, можно заблокировать защитный сигнал от дочерних клеток и тем самым позволить запрограммированной гибели клеток произойти в материнских стволовых клетках и предотвратить рак».