В МГУ открыт белок, защищающий клетки от гибели

Ольга Якубова,

«Коммерсантъ Наука» №63(4), декабрь 2018

Химики из Московского государственного университета обнаружили новое свойство теломеразной РНК. Это один из ключевых компонентов клеточного фермента — теломеразы. Оказалось, теломеразная РНК кодирует белок, помогающий клеткам человека сопротивляться стрессу. Открытие биохимиков поможет в борьбе с онкозаболеваниями и, возможно, приблизит создание эффективных омолаживающих средств.

Исследования, посвященные борьбе со старением человеческого организма, всегда привлекали ученых, но в последнее время в этой области случаются гигантские прорывы. Сейчас это направление тесно связано с изучением механизма клеточного деления и способности клеток противостоять стрессовым воздействиям. Например, противостоять воздействую различных видов излучения и токсинов или недостатку поступающих в нее питательных веществ.

Большинство клеток способно делиться только ограниченное количество раз. Ограничение возникает потому, что молекула ДНК при каждом акте деления клетки теряет расположенные на ее концах повторяющиеся участки — теломеры. Как только количество повторов на конце ДНК становится критически малым, дальнейшее деление становится невозможным, и клетка погибает.

Теломераза умеет кодировать

Однако науке давно известны клетки, способные к неограниченному делению. Прежде всего эмбриональные. А в случае зрелого организма такая способность есть у стволовых и раковых клеток. Как показали исследования, в ядрах перечисленных клеток активен особый фермент — теломераза, которая достраивает теломеры на концах ДНК и таким способом неограниченно увеличивает число циклов деления клетки.

До недавнего времени считалось, что входящая в состав теломеразы теломеразная РНК является некодирующей, то есть работает только как фермент при построении теломер, но никак не участвует в синтезе белков в клетке. Но группе ученых химического факультета МГУ под руководством доктора химических наук, профессора, академика РАН Ольги Донцовой удалось показать альтернативную роль теломеразной РНК в соматических клетках человека. В цитоплазме она действительно присутствует в неактивной форме и не может участвовать в наращивании теломерной ДНК, однако теломеразная РНК все-таки кодирует синтез белка (hTERP). Доказательства существования белка, кодируемого теломеразной РНК человека в клетках, получены благодаря сотрудничеству с академиком Вадимом Говоруном (ФНКЦ ФХМ ФМБА России), под чьим руководством были выполнены ключевые эксперименты по идентификации изучаемого белка методами масс-спектрометрии.

Рис. 1. Доказательство наличия белка hTERP в клетках, содержащих теломеразную РНК методами иммуноблоттинга и флуоресцентной микроскопии. Красным показан белок hTERP, синим — ядра клеток. Фото: пресс-служба химического факультета МГУ

Биохимики искусственно повышали содержание этого белка в клетках, а затем обрабатывали их веществами, повреждающими ДНК. Оказалось, что hTERP защищает клетки от гибели в результате апоптоза (то есть распада на отдельные тельца, ограниченные мембраной), развивающегося в ответ на повреждения ДНК.

Дальнейшие исследования позволили обнаружить, что hTERP участвует в модуляции так называемой аутофагии — в этом случае клетка переваривает свою часть, «пришедшую в негодность», но выживает.

Рис. 2. Микрофотография клеток дикого типа и клеток с повышенным содержанием hTERP после обработки ДНК-повреждающим веществом. Фото: пресс-служба химического факультета МГУ

Изучение аутофагии имеет прикладное значение в исследовании механизмов омоложения организма при помощи радикальных диет: считается, что клетки, ограниченные в питании, утилизируют собственные белки, в которых со временем присутствует все больше дефектов. Другой, не менее важный аспект исследования механизмов аутофагии затрагивает ее роль в опухолеобразовании. Считается, что на ранних этапах этого процесса аутофагия снижает риск возникновения опухоли, но по мере прогрессии опухолеобразования тот же механизм способствует выживанию раковых клеток в различных стрессовых условиях.

Ученые надеются, что их открытие существенно изменит представление о роли теломеразной РНК в функционировании клеток.

«Белков, защищающих клетки от стрессовых воздействий, достаточно много, — пояснила один из авторов работы доцент химического факультета МГУ имени Ломоносова, кандидат химических наук Мария Рубцова. — Открытие нового белка интересно именно тем, что он найден в РНК, которая раньше считалась некодирующей. Ее очень активно исследуют как компонент теломеразы. Мы открыли, что она может иметь и другую функцию, если находится не в ядре клетки, а в ее цитоплазме. Изучение всех свойств теломеразы может приблизить ученых к созданию „эликсира молодости“ и содействовать в борьбе с раковыми заболеваниями».

Рис. 3. Анализ методом флуоресцентной микроскопии позволил выявить нарушения в развитии аутофагии в клетках, содержащих мутантный hTERP. Зеленым окрашен маркер развития аутофагии. Фото: пресс-служба химического факультета МГУ

Как отмечают исследователи, альтернативную роль теломеразной РНК в соматических клетках человека удалось показать благодаря использованию оборудования, полученного в рамках программы развития МГУ. Применяя сортер клеток, биохимики получали необходимые клеточные линии (в частности, при помощи методов редактирования генома). А белок в клетках локализовывали, применяя современные флуоресцентные микроскопы.

Большую роль в проведении работы сыграло сотрудничество научной школы Ольги Донцовой с крупнейшими институтами РАН, где биохимикам помогали создавать клеточные линии, и Сколковским институтом науки и технологий, оказавшим бесценную помощь в разработке методов иммуноблоттинга. Отдельную благодарность ученые МГУ выражают грантовым агентствам — Российскому научному фонду и Российскому фонду фундаментальных исследований за финансовую поддержку.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.