Удивительное открытие о раке из мира растений: разные виды находят уникальные решения для одной эволюционной проблемы
Новое исследование под руководством экспертов из Ноттингемского университета показало, что разные виды растений преодолевают одно и то же эволюционное препятствие разными путями. Эти выводы могут пролить свет на природу агрессивных форм рака.
Дублирование всего генома (Whole Genome Duplication, WGD) происходит во всех царствах жизни. Чаще всего — у растений, но также и в некоторых наиболее агрессивных раковых опухолях. После WGD клетка получает дополнительные копии генома и становится полиплоидной.
Многие основные сельскохозяйственные культуры также полиплоидны: пшеница, яблоки, бананы, овес, клубника, сахарный тростник и капустные (брокколи, цветная капуста). Полиплоидия встречается и при самых агрессивных глиомах (рак мозга) и связана с прогрессированием рака. В целом, полиплоидия ассоциируется как с устойчивостью (как у культурных растений), так и с адаптацией к среде (как у метастазирующих раков).
Поскольку полиплоидам приходится управлять большим количеством генетического материала, удвоение геномов может стать слабым местом. Поэтому важно понять, какие факторы стабилизируют молодые полиплоиды и как эволюционируют популяции с удвоенным геномом.
В новом исследовании, опубликованном в Cell Reports, эксперты из Школы наук о жизни университета изучили, как три успешных полиплоидных вида растений эволюционировали, чтобы справиться с избытком ДНК, и сделали ли они это одинаково или по-разному.
Профессор Леви Янт, руководивший исследованием, отметил: «Мы видим, что успешные полиплоиды преодолевают специфические проблемы с управлением ДНК, и мы фокусируемся на том, каковы их "естественные решения"».
Учёные исследовали три случая, когда виды адаптировались к «полиплоидной жизни», не только выжили, но и процветали. Оказалось, что они не использовали одинаковые молекулярные решения.
Ключевые открытия:
- Самый чёткий сигнал быстрой адаптации к полиплоидному состоянию исходил от молекулы CENP-E. Интересно, что другие исследовательские группы недавно обнаружили, что эта же молекула является «ахиллесовой пятой» для полиплоидных раков и представляет собой многообещающую терапевтическую мишень для их уничтожения.
- Следующий по чёткости сигнал исходил от генов мейоза, которые, как отмечает профессор Янт, активны во многих раках, но «выключены» почти во всех нормальных клетках.
«Мы обнаружили сигналы быстрой адаптации к состоянию WGD в тех же молекулярных сетях, и в случае CENP-E — в той же самой молекуле, которая особенно важна для полиплоидных раков, — продолжает профессор Янт. — Это поразительный пример эволюционного повторения (или конвергенции) с совершенно разных сторон, но для преодоления одного и того же адаптивного барьера».
Значение исследования:
- Для онкологии: Результаты могут повлиять на понимание того, как определённые полиплоидные раки (например, глиомы) используют полиплоидию для прогрессирования, и какие молекулы можно целенаправленно поражать в рамках терапии.
- Для эволюционной биологии и медицины: Исследование демонстрирует, что поиск «естественных решений» в эволюционной биологии может информировать будущие методы терапии.
- Для сельского хозяйства: Работа также показывает разные пути, которыми можно улучшить многие полиплоидные культуры, чтобы сделать их более устойчивыми к катаклизмам, таким как изменение климата.