Исследование «заморозки» беременности у млекопитающих может помочь в борьбе с раком

Новости МирТесен

Ученые-биологи установили механизм, посредством которого эмбриональные клетки способны приостанавливать свое развитие и длительное время ожидать более благоприятных обстоятельств. Выявление этого генетического «тормоза» позволило прояснить природу отсроченной беременности у представителей животного мира и объяснить способность раковых новообразований годами оставаться незамеченными для медикаментозного воздействия.

Несколько сотен видов млекопитающих, начиная с мышей и заканчивая тюленями, обладают уникальной стратегией выживания. В случае, если самка после спаривания испытывает недостаток питательных веществ или предчувствует наступление зимы, она временно приостанавливает беременность. Эмбрион прекращает имплантацию в стенку матки и останавливается в своем развитии до тех пор, пока у матери не будут восстановлены запасы жира до безопасного уровня. Данная адаптация получила название эмбриональной диапаузойотложенная беременность

Развитие эмбриона останавливается на стадии бластоцисты – это микроскопическая структура, состоящая из нескольких сотен клеток. В таком состоянии зародыш может находиться в течение нескольких недель и даже месяцев, при этом он не подвергается гибели, деградации или старению. Как только внешние условия стабилизируются, эмбрион активируется, имплантируется в матку и продолжает развитие без каких-либо последствий.

Центральной проблемой для специалистов в области биологии представлялось поведение клеток на клеточном уровне. Как правило, эмбриональные стволовые клетки должны придерживаться определенной последовательности: непрерывно делиться и дифференцироваться в ткани, формирующие будущие органы. Однако, находясь в состоянии покоя, они обязаны сохранять свою способность к превращению в различные типы клеток (плюрипотентность), одновременно прекращая процесс развития. До настоящего времени ученые не имели четкого представления о том, какой именно молекулярный механизм позволяет клеткам поддерживать этот хрупкий баланс между состоянием покоя и активности, не теряя при этом своих свойств.

Специалисты из Университета Рокфеллера провели ряд экспериментов с использованием эмбриональных стволовых клеток мышей. Результаты опубликовали в журнале Genes & Development. В рамках исследования авторы научной работы воспроизводили лабораторные условия, которые обычно активируют в организме режим экономии энергии. Для этого применялись различные методы химического и генетического воздействия на клеточный метаболизм.

На первом этапе эксперимента исследователи использовали ингибиторы белка mTOR. Этот белок контролирует процессы роста и обмена веществ, поэтому его блокировка создала у клеток иллюзию критической нехватки питательных ресурсов. На втором этапе биологи применили препарат I-BET151, который подавляет активность других регуляторных белков и имитирует дефицит факторов роста.

При различных формах воздействия стрессоров клетки демонстрировали идентичную реакцию: они значительно снизили синтез белков и потребление энергии, при этом сохранив потенциал к дифференцировке в различные типы тканей.

Результаты генетического анализа выявили активацию единого универсального защитного механизма. В нормальных условиях на определенных участках ДНК располагаются белки Capicua, выполняющие функцию своеобразных «замков», удерживающих специфические гены-тормоза в неактивном состоянии. Однако при воздействии стрессовых факторов, таких как голодание или прием лекарственных препаратов, эти белки отсоединяются от своих позиций. В отсутствие этих «замков» гены-тормоза немедленно активируются.

Активация этих генов приводит к производству молекул, блокирующих путь MAP-киназы – сигнальный путь, который в обычных условиях стимулирует стволовые клетки к определению своей судьбы и дифференцировке в ткани кожи, мозга или мышц. Эксперименты, в которых исследователи искусственно подавляли эти внутренние тормоза, показали, что клетки теряют свои уникальные характеристики и начинают неконтролируемо специализироваться. Таким образом, авторы исследования подтвердили, что обнаруженный механизм является ключевым переключателем режима ожидания.

Данное открытие прояснило не только устойчивость эмбрионов к неблагоприятным условиям, но и особенности функционирования «хитрых» клеток взрослого организма. Вероятно, данный механизм молекулярного тормоза используется как раковыми опухолями, так и иммунными клетками, позволяя им годами находиться в состоянии покоя с замедленным метаболизмом для выживания при воздействии лекарственных препаратов или длительного голодания, а затем возобновлять активное деление. Понимание этой системы может способствовать разработке новых методов борьбы с онкологическими заболеваниями.