Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Разрывы в ДНК спровоцировали перепрограммирование клеток мха в стволовые

Nan Gu et al./Nature Plants, 2020

Биологи выяснили, что некоторые уже дифференцированные клетки мха Physcomitrella patens способны возвращаться в состояние стволовых — говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Plants. После воздействия на лиственные побеги мха антибиотика, который вызывает разрывы в ДНК, некоторые его клетки возвращались к предыдущей стадии дифференцировки. Это происходило после активации промотора STEM CELL-INDUCING FACTOR 1 (STEMIN1): они прошли серию делений и образовали верхушечные стволовые клетки.

Разрывы в ДНК животных клеток опасны для них потому, что они могут мешать жизненно важным процессам: в том числе удвоению ДНК и делению. Клетки животных с поврежденной ДНК обычно вступают в апоптоз — запрограммированную смерть. Но оказалось, что клетки мха P. patens не только выживают после геномных разрывов, но и превращаются в верхушечные стволовые клетки. Эти клетки растение использует для развития других гаметофоров — новых побегов. Это взрослая стадия развития гаметофита мха, на которой размножение происходит при помощи половых клеток — гамет.

Процесс «отката» растительных клеток до стадии стволовых уже был известен науке. После повреждения растения некоторые клетки, которые окружают рану, перепрограммируются и становятся стволовыми. Стволовые клетки — это незрелые «молодые» клетки, которые дают начало разным клеточным типам в процессе дифференцировки. Благодаря этому свойству поврежденное растение и восстанавливает свои ткани.

Ученые Нан Гу (Nan Gu) и Йосуке Томада (Yosuke Tomada) из Хуачжонского сельскохозяйственного университета показали, что перепрограммирование дифференцированных клеток P. patens в стволовые может быть вызвано разрывами ДНК. Чтобы изучить роль этих повреждений, исследователи в течение семи дней инкубировали отделенные от растения листья с антибиотиками, которые оставляют в ДНК разрывы. Неожиданно доля листьев с перепрограммированными клетками после воздействия антибиотиков возросла с 20 до 60 процентов.

Чтобы доказать, что перепрограммирование происходит и без повреждения тканей растения, ученые подвергли воздействию антибиотика гаметофор целиком, не отделяя листья. В тех же концентрациях реагентов клетки оставались на своих стадиях дифференцировки. Но при поднятии концентрации примерно в сотню раз и инкубировании в течение шести часов и дальнейшей культивации без антибиотиков ситуация изменилась. Примерно 70 процентов гаметофоров показали перепрограммирование своих клеток в верхушечные стволовые. Через две недели без антибиотиков клетки формировали протонемы — нитчатые предростки гаметофоров.


Исследователи посчитали количество двухцепочечных разрывов в клетках при помощи метода ДНК-комет. Эту процедуру так называют из-за похожих на кометы картинок, получающихся в результате электрофореза ДНК. При движении в полимерном геле под воздействием электрического поля поврежденная молекула отделяется от нетронутой из-за разницы в электрофизических свойствах. Тогда рваная ДНК выглядит как хвост кометы. Анализ показал, что антибиотики действительно вносили в генетический материал мха разрывы.


В перепрограммировании клеток под воздействием повреждений самого растения участвуют такие группы белковых факторов как CSP и STEMIN. Они накапливаются в клетках и провоцируют изменения в генетическом аппарате. Чтобы сравнить перепрограммирование клеток из-за повреждений и из-за разрывов ДНК, ученые создали растения-мутанты. Они удалили из геномов растений гены этих белковых факторов и снова обработали мох антибиотиком. Оказалось, что при удалении генов CSP процент перепрограммированных гаметофоров практически не изменялся, а вот отсутствие последовательности STEMIN1 значимо снижало образование стволовых клеток.

От редактора

В изначальной версии заметки были терминологические неточности, которые мы оперативно исправили.

Так ученые из Китая выяснили, что растительные клетки не только не погибают из-за повреждений ДНК, но и обращают их в собственную выгоду. Так поступил с насекомыми и вирус желтой курчавости у томатов — об этом мы рассказали в нашем недавнем материале.

Анна Муравьева

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.