Клетки с неправильным набором хромосом попросили себя убить

Биологи из Массачусетского технологического института (США) проследили судьбу клеток с неправильно разошедшимися при делении хромосомами. Такие клетки посылают провоспалительные сигналы и с помощью специальных белков на своей поверхности сигнализируют, что их необходимо убить. На эти сигналы реагируют клетки врожденного иммунитета — натуральные киллеры. Вероятно, этот механизм позволяет организму вовремя избавиться от потенциальных раковых клеток. Исследование опубликовано в журнале Developmental Cell.

Наследственная информация в соматических клетках нашего организма упакована в 23 пары хромосом. Перед клеточным делением этот набор удваивается, и в процессе митоза хромосомы поровну расходятся по дочерним клеткам. Если при расхождении произошел сбой, в дочерних клетках может оказаться неправильное количество хромосом. Это явление называется анеуплоидией. В норме такие клетки погибают, однако известно несколько генетических синдромов, обусловленных анеуплоидией, случившейся на ранних стадиях эмбрионального развития. Например, при синдроме Дауна в клетках оказывается лишняя копия 21 хромосомы. На самом деле у человека количество таких болезней можно пересчитать по пальцам, так как клетки строго контролируют все процессы, связанные с удвоением ДНК, и в случае обнаружения ошибок останавливают клеточный цикл и запускают программу самоубийства (апоптоза).

Несмотря на то, что в норме анеуплоидия соматических клеток — очень редкое событие, для раковых клеток это практически диагностический признак. Девяносто процентов опухолей содержат клетки с лишними или отсутствующими хромосомами. Часто увеличение количества копий каких-то генов вместе с целой хромосомой помогает клеткам метастазировать или приобрести устойчивость к лекарствам. Генетическая нестабильность помогает раковым клеткам эволюционировать.

Ученые решили выяснить, что будет происходить с клетками, если искусственно помешать хромосомам правильно разойтись при делении. В эксперименте были взяты «бессмертные» клетки эпителия человека, которые можно считать моделью раковых клеток. Исследователи добавляли в питательную среду токсины, препятствующие нормальному расхождению хромосом, и наблюдали за клетками при помощи прижизненной микроскопии.

Девяносто процентов клеток, несмотря на хромосомные аномалии, продолжало делиться. В результате они сформировали сложные кариотипы, то есть наборы хромосом, которые тем не менее успешно проходили через клеточный цикл. Механизм активации апоптоза у них при этом не работал. Можно сказать, что исследователи воочию наблюдали эволюцию раковых клеток.

Однако десять-пятнадцать процентов клеток все же остановили клеточный цикл и начали подавать сигналы о том, что с ними что-то не так. В частности, они начали продуцировать цитокины — сигналы, запускающие воспаление. Исследователи предположили, что в ответ на провоспалительные сигналы должна произойти активация клеток врожденного иммунитета — так называемых натуральных киллеров, которые специализируются на раковых и зараженных вирусами клетках.

Для начала авторы проверили, экспонируют ли мутантные клетки наружу какие-либо белки, по которым киллеры могут их узнать. Действительно, количество таких маркеров на их поверхности оказало повышено. Тогда авторы работы подсадили киллеров к популяции анеуплоидных клеток и через микроскоп проследили за судьбой последних. Оказалось, что киллеры эффективно распознают анеуплоидные клетки и убивают их (вторая часть приведенного ниже видео, киллеры выглядят как скопление шариков). При этом киллеры не трогали нормальные клетки, находясь в их компании (первая часть видео).

Таким образом, авторы работы открыли механизм, согласно которому клетки иммунитета на ранней стадии распознают и уничтожают клетки, которые могут переродиться в раковые, причем последние сами сигнализируют им о своем состоянии. Однако для этого необходимо, чтобы клетки вовремя распознали аномалию и остановили деление. Уже переродившиеся клетки теряют чувствительность к неполадкам и изобретают самые странные механизмы, чтобы продолжать делиться.

Уже внутри опухоли клетки вырабатывают устойчивость к недостатку питательных веществ и даже лекарственным препаратам, которую могут передавать друг другу при помощи сигнальных молекул. О том, как это происходит, мы недавно писали.

Дарья Спасская