Физика жировых капель раскрывает опасность для ДНК
Жировые клетки — нормальная и необходимая часть организма. Они запасают и высвобождают энергию, а также играют важную роль в гормональной регуляции и иммунитете.
В последние десятилетия рост метаболических заболеваний (таких как сердечно-сосудистые болезни, гипертония и диабет) сосредоточил научное внимание на биологии и химии жира. Однако метаболическая активность — лишь часть истории.
Жировые липидные капли — крошечные сферы жира, во много раз меньше жировых клеток, — становятся важным объектом научного интереса. Они находятся внутри многих типов клеток, но их физическая природа оставалась малоизученной.
Исследователи из Школы инженерии и прикладных наук Пенсильванского университета вышли за рамки биохимии и опубликовали новаторскую работу по физике этих капель. В августовском выпуске Journal of Cell Biology они впервые обнаружили, что жировые липидные капли могут вдавливать и прокалывать ядро клетки — органеллу, которая содержит и регулирует ДНК.
Последствия открытия серьёзны: разрыв ядра может привести к повышенному повреждению ДНК, что характерно для многих заболеваний, включая рак.
Исследование возглавили Деннис Е. Дишер, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии; Ирена Ивановска, доктор философии, научный сотрудник лаборатории молекулярной и клеточной биофизики; и Майкл Тобин, докторант кафедры биоинженерии.
- Деннис Дишер: «На клеточном уровне жир мягкий. Но при таком малом размере капли — всего несколько микрон, а не сотни микрон, как у зрелой жировой клетки, — он перестаёт быть мягким. Его форма имеет гораздо более высокую кривизну и может резко изгибать другие объекты. Это меняет его физику в клетке. Он может деформировать. Может повреждать. Может разрывать».
- Ирена Ивановска: «Представьте, что вы пытаетесь лопнуть воздушный шар кулаком. Невозможно. А теперь — ручкой. Вот в чём разница между жировой клеткой и клеткой с мелкими жировыми каплями в организме. Это фундаментальная физическая разница, а не метаболическая».
Работа команды переосмысливает научные представления о жире, подчёркивая, что его роль в организме гораздо шире, чем просто число на весах.
- Майкл Тобин: «Речь идёт о том, как жир работает в масштабах меньше клетки и создаёт физические риски для клеточных компонентов, вплоть до уровня ДНК».
Исследование опирается на десятилетие фундаментальных работ, включая ведущий вклад Ивановской, по изучению поведения ядерных белков, которые придают ядру его защитные структурные качества. Эти белки динамичны — их уровни меняются в ответ на механическое окружение, чтобы обеспечить целостность ядра.
- Ирена Ивановска: «В клетках постоянно идёт процесс репарации (починки) повреждений ДНК. Для этого в ядре должно быть достаточно белков репарации. Если ядро разрывается, эти белки рассеиваются и не могут своевременно устранять повреждения. Это вызывает накопление повреждений ДНК и потенциально может привести к образованию раковой клетки».
Клетка существует в динамичной физической и механической среде, где что-то может пойти не так. Но у неё также есть армия молекулярных помощников, которые постоянно работают над её поддержанием и ремонтом.
- Деннис Дишер: «Проблема возникает, когда ядро оказывается скомпрометировано — токсинами, чрезмерным воздействием УФ-лучей или этими жировыми липидными каплями. Тогда существует высокий потенциал для повреждения ДНК, а это влечёт последствия для здоровья».