Учёные раскрыли механизм нового клеточного цикла — первого за 20 лет

Международная команда исследователей из США и Германии выяснила внутренние механизмы эндоцикла — распространённого клеточного цикла, который обеспечивает рост растений, животных и некоторых тканей человека и ответственен за создание до половины биомассы Земли. Открытие, о котором сообщили 30 октября в журнале Nature, ведёт к новому пониманию того, как растут клетки и как можно увеличить или уменьшить скорость их роста, что важно для сельского хозяйства и медицины.

«Можно утверждать, что это первый полностью новый клеточный цикл, описанный более чем за два десятилетия», — сказал Брюс Эдгар, доктор философии, ведущий автор статьи, имея в виду революционное описание митотического клеточного цикла в том же журнале в конце 1980-х годов.

В отличие от митоза (деления материнской клетки на две дочерние), эндоциклирование — это особый тип клеточного цикла, который пропускает митоз. Клетка реплицирует свою ДНК снова и снова, никогда не делясь. Эндоциклы играют ключевую роль в природе, поскольку создают очень крупные клетки у беспозвоночных животных и растений, а также в некоторых тканях человека, таких как печень и мышцы.

«Когда клетка проходит эндоцикл, она удваивает свою ДНК, а также, как правило, свой размер и содержание белка», — сказал Эдгар. — «Можно представить, что стимулирование всего одного дополнительного эндоцикла в клетках сельскохозяйственного растения или моллюска может удвоить урожай».

Исследователи изучали модель организма — плодовую мушку (Drosophila), используя генетические подходы. Они сосредоточились на слюнных железах, клетки которых проходят около 10 эндоциклов, увеличивая количество ДНК и размер клетки более чем в 1000 раз.

Учёные обнаружили, что транскрипционный фактор E2F и фермент CRL4 действуют как молекулярный осциллятор, управляя эндоциклированием и репликацией ДНК через серию скоординированных импульсов. CRL4 временно разрушает E2F во время репликации ДНК, после чего функция E2F восстанавливается, и цикл повторяется.

«Скорость роста клетки контролирует скорость накопления E2F и, следовательно, то, как быстро клетки могут реплицировать свою ДНК. Мы полагаем, что это свойство, вероятно, применимо ко всем растущим клеткам», — пояснил Эдгар.

Хотя у человека не так много клеток, проходящих эндоцикл, несколько важных примеров включают гигантские клетки трофобласта в плаценте, которые поддерживают развитие плода. «Если они не проходят эндоцикл, ребёнка не будет», — отметил Эдгар. Также через эндоциклирование растут клетки сердечной мышцы и некоторые типы клеток крови.

«Как правило, продукты генов и принципы, используемые осциллятором эндоцикла, задействованы для контроля репликации ДНК практически во всех клетках», — сказал Эдгар. — «Поэтому наши выводы потенциально актуальны для многих заболеваний, связанных с аномальной пролиферацией клеток. Это включает все виды рака и некоторые дегенеративные заболевания».