Биологи открыли новый органоид в клетках млекопитающих из кольцевой ДНК
Исследователи из ETH Zurich обнаружили ранее неизвестную компартментацию в клетках млекопитающих, названную эксклюзосомой. Она состоит из кольцевых молекул ДНК — плазмид. Открытие опубликовано в журнале Molecular Biology of the Cell.
Эксклюзосома находится в цитоплазме. Это необычно, так как эукариотические клетки (с ядром) обычно хранят основную ДНК в ядре, организованную в хромосомы.
Часть плазмид в эксклюзосоме попадает извне клетки, а другая часть — теломерные кольца — образуется из концов хромосом (теломер). Особенно в некоторых раковых клетках теломерные кольца регулярно отщепляются и объединяются. Однако они не содержат инструкций для синтеза белков.
Исследователи впервые показали, что клеточное ядро отсеивает такие кольца ДНК и перемещает их вместе с внешними плазмидами в цитоплазму.
Это доказывает, что клетки способны различать собственную необходимую ДНК и чужеродную или предположительно ненужную, которую затем изгоняют из ядра.
«Это одна из ключевых гигиенических функций клеток для защиты хромосом. Плазмиды, которые не могут быть отделены, теоретически могут встроиться в хромосомы. Более вероятно, что гены вирусных или бактериальных плазмид будут транслированы в белки, что нарушит физиологию клетки», — говорит Рут Крошевски из Института биохимии ETH Zurich.
Может ли эксклюзосома вызывать аутоиммунные реакции?
Другие функции эксклюзосомы пока неясны. Крошевски, руководившая исследованием, полагает, что она может играть роль в клеточной иммунологической памяти. Уже много лет изучается специальный белок, который связывается с ДНК, особенно в цитоплазме.
Установлено, что этот белок связывается и с кольцевой ДНК, возможно, запуская сигнальный каскад, заставляющий клетки производить и высвобождать воспалительные медиаторы. Это сигнализирует организму о возможной патогенной угрозе (например, вирусе), требующей иммунного ответа.
Команда предполагает, что данный белок может связываться с кольцевой ДНК в эксклюзосоме, создавая длительную иллюзию инфекции.
«Тело постоянно получает сигнал, что проблема всё ещё существует», — говорит исследователь. Это означает, что иммунная система вынуждена реагировать на воспалительные медиаторы. «Поскольку провоспалительный сигнальный каскад не затухает, а продолжается, это может способствовать развитию аутоиммунных реакций, таких как системная красная волчанка», — объясняет Крошевски.
Пережиток эволюции
Крошевски предполагает, что эксклюзосома восходит к ранней эволюции и возникновению эукариот. Считается, что первые эукариотические клетки возникли в результате слияния ранней формы бактерии и археи. Их кольцевая ДНК из двух разных организмов должна была быть организована и защищена от деградации.
В ходе эволюции развился механизм, обеспечивающий автоматическое окружение молекул ДНК мембранной оболочкой — это и происходит во вновь открытой эксклюзосоме.
Хотя оболочка эксклюзосомы похожа на ядерную, она гораздо проще.
«Оболочка эксклюзосомы имеет промежутки, которые видны в ядерной оболочке только на ранних стадиях её формирования».
В случае ядерной оболочки эти промежутки со временем закрываются или заполняются специфическими пористыми белками. В отличие от неё, оболочка эксклюзосомы дальше не развивается.
«Возможно, эксклюзосома — это первая попытка создания клеточного ядра», — говорит Крошевски.
Почему плазмиды заключаются в неполную мембранную оболочку, остаётся неясным.
«Похоже, что только хромосомная ДНК считается "достаточно хорошей", чтобы быть заключённой в полностью сформированную ядерную оболочку, а внехромосомная — нет», — говорит Крошевски. Кольцевая ДНК извне и собственные плазмиды с последовательностями концов хромосом, по-видимому, не обладают необходимым признаком.
«Мы пока не знаем, что это за признак», — говорит Крошевски. Это же касается и многих других аспектов этого недавно открытого органоида. Команда планирует раскрыть тайны эксклюзосомы, изучая клеточные изменения плазмидной ДНК и «лицензию» на помещение плазмид в эксклюзосому.