Как зерно кукурузы может дать ответы о некоторых видах рака
Недавнее исследование доктора Марка Сеттлза из Университета Флориды описывает глубокую эволюционную связь между процессами, определяющими клеточную идентичность в зерне кукурузы, и теми, которые превращают стволовую клетку крови в раковую угрозу для жизни человека.
Возникновение новых типов клеток
В процессе развития организма растущее количество клеток начинает принимать разные судьбы — дифференцироваться в различные типы клеток. Процессы, управляющие этими изменениями, должны быть точными, чтобы ограничить неконтролируемый рост, который способствует развитию болезней человека, включая различные виды рака.
Зерно кукурузы — сложная структура, состоящая из множества крошечных клеток со специализированными функциями. Сеттлз и коллеги анализировали мутантные зерна с дефектной структурой и содержанием, чтобы понять, как разные клетки функционируют и взаимодействуют во время роста и накопления питательных веществ в зерне.
Большую часть зерна составляет крахмалистая матрица — эндосперм. Исследователи показали, что специализация типов клеток зависит от так называемого фактора сплайсинга РНК. ДНК — это чертеж в клетке. РНК — временная и подвижная копия информации ДНК, которая затем направляет сборку белков.
Поскольку РНК является промежуточным звеном, на неё влияют многие процессы, включая сплайсинг: у клетки есть механизмы, которые могут удалять важные фрагменты, изменяя информацию и, в конечном итоге, конечный продукт.
Мутантные зерна Сеттлза дефектны, потому что им не хватает этого фактора сплайсинга РНК. Без него генетическая информация, которую необходимо точно обработать для нормального роста, остаётся нетронутой. Этот дефект приводит к чрезмерному делению клеток, подобно раковым клеткам.
От зёрен к раку
Кровь состоит из разных типов клеток, которые возникают в результате генетических решений, принимаемых первичными «стволовыми» клетками. Как и клетки в зерне кукурузы, клетки крови специализируются на основе точного редактирования внутренних инструкций, включая сплайсинг РНК.
Медицинские исследователи описали дефект крови, приводящий к заболеванию, известному как миелодисплазия (MDS), которое может прогрессировать в острый миелоидный лейкоз.
Работа группы Сеттлза показывает, что дефекты, наблюдаемые в зернах кукурузы, — это те же генетические ошибки (мутации), что и в клетках крови, ведущие к некоторым формам MDS. Генетические ошибки как в клетках кукурузы, так и в клетках крови затрагивают сходный набор генов, несмотря на то что это очень разные организмы. Это замечательное открытие, поскольку оно предполагает, что процессы, определяющие клеточную идентичность у животных и растений, имеют больше сходств, чем считалось ранее.
От животного к растению; от растения к животному
Эти находки напоминают, почему важно изучать фундаментальную биологию растений. Растения и животные имеют много общего. Более половины наших генов выполняют сходные функции, и мы разделяем многие основные метаболические механизмы.
Но растения привязаны корнями и не могут уйти от стрессов, болезней или хищников. Им приходится бороться или адаптироваться, чтобы выжить. Значительная часть их генов посвящена этим процессам. Эти механизмы выживания часто отсутствуют в клетках животных или не так очевидны. Растения часто могут устанавливать новые правила, расширяющие существующие модели.
В данном случае дефектные зёрна кукурузы демонстрируют сходство с раковыми клетками. Теперь учёные могут, отталкиваясь от этих общих черт, искать различия, которые могут исправить или компенсировать дефект у растений. Такие открытия могут выявить механизмы, которые растения развили в своей специализации и которые потенциально могут привести к новым решениям для борьбы с болезнями человека.