Группа ученых из Института биологических исследований Солка выявили, почему нарушения жизненно важных цепей регуляции клеточного цикла приводит к распространению раковых клеток. Их открытия в теломерах, отрезках ДНК на концах хромосом, которые защищают наш генетический код и делают возможным клеточное деление, предлагают новые потенциальные профилактических меры против рака, старения и других заболеваний. Полученные результаты были опубликованы 11 июля в журнале Molecular Cell.

Теломеры можно сравнить с пластиковыми наконечниками на шнурках, поскольку они предотвращают концы хромосом, которые шифруют генетическую информацию, от изнашивания и прилипания друг к другу, что может способствовать развитию рака. Они имеют решающее значение для репликации ДНК, подавления опухолей и старения. Каждый раз, когда клетка делится, её теломеры становятся короче. Когда они становятся слишком короткими, клетка уже не может делиться и становится неактивной, стареет или умирает. Клетки могут избежать этой участи путем активации фермента теломераза, который предотвращает укорачивание теломеры и позволяет клеткам расти и делиться. Неконтролируемый рост клеток является основным отличительным признаком раковых клеток, и укороченные теломеры были обнаружены в поджелудочной железы, костях, предстательной железе , мочевом пузыре, легких, почках, при раке головы и шеи.

«Когда теломеры укорачиваются в процессе клеточного старения, они активируют механизм реакции для предотвращения роста клеток, который может нанести вред нашей ДНК», говорит старший автор исследования Ян Карлседер (Jan Karlseder), профессор молекулярной и клеточной биологии в лаборатории Солка.

Карлседер и его команда определили, что замедление роста клеток вследствие сокращения теломер ограничивается одним конкретным этапом клеточного цикла, называемым фазой G1, которая является самой защищённой стадией клеточного цикла. «Цепь, контролирующая остановку роста в G1-фазе, обычно изменена в раковых клетках, позволяя им делиться несмотря на укороченные теломеры, что может привести к нестабильности генома, наблюдаемой в злокачественных клетках».

Группа Карлседера имитировала процесс клеточного старения путем частичного удаления белка, называемого TRF2, из теломер фибросаркома человека (тип рака, который поражает соединительную ткань клеток). Сделав это, они смогли экспериментально воспроизвести процесс, который происходит естественным путём при старении клеток. Это снятие защиты теломеры обнажает концы хромосом во время определенных этапов клеточного цикла. В этом состоянии теломеры демонстрируют частичный ответ на повреждения ДНК: концы хромосом были защищены от слипания и изнашивания, но рост клеток по-прежнему не происходил.

«Существует механизм остановки роста клеток без геномной нестабильности. Таким образом, старение теломер в здоровых клеток и живых организмах означает остановку роста клеток, но не ведёт к проявлению вредных генетических эффектов», говорит ведущий автор Энтони Чезаре, научный сотрудник в лаборатории Карлседера.

Специалисты Института Солка определили цепь p53, молекулярный механизм, который обычно защищает генетический материал клетки и подавляет опухоли, как ключевой фактор при реакции на снятие защиты теломер. Когда клетки теряют функцию p53, ген в центре цепи, они больше не могут останавливать рост клеток в фазе G1, важном моменте в клеточном цикле для ремонта повреждений ДНК или, если повреждение не может быть восстановлено, ген программирует клетки на уничтожение. Чаще всего, p53 исчезает в раковых клетках из-за мутации гена или деактивации функции белка p53 через инфекции от вызывающих рак вирусов.

Поскольку снятие защиты теломеры выливается в частичную реакцию на повреждение ДНК, при которой рост клетки останавливается только в фазе G1 в цепи p53, как только клетки теряют функции гена p53, снятие защиты теломер перестаёт останавливать рост. «Клетки без функционального р53 способны делиться с незащищёнными теломерами, что вызывает нестабильность генома, привычную для злокачественных клеток», говорит Карлседер.

Карлседер и его коллеги считают, что лучшее понимание процесса сокращения теломер может привести к способности влиять на старение клеток и, как результат, остановке роста раковых клеток. Они говорят, что следующим шагом будет определение того, почему эта реакция на снятие защиты заглушена в раковых клетках, и возможно влияет этот процесс, чтобы предотвратить рост раковых клеток.