Naukowcy znajdują instrukcje w śmieciowym DNA

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-16 16:14

Rosyjscy biolodzy molekularni odkryli, że śmieciowe DNA na końcach chromosomów zawiera instrukcje dotyczące syntezy białka, które pomaga komórkom nie umierać z powodu stresu. Ich odkrycia zostały zaprezentowane w czasopiśmie Nucleic Acids Research.

„Białko to jest interesujące, ponieważ znajduje się w RNA, które wcześniej uważano za niekodujące, jednego z „pomocników” telomerazy. Odkryliśmy, że może pełnić inną funkcję, jeśli nie znajduje się w jądrze komórkowym, ale w jej cytoplazmie. telomeraza może zbliżyć naukowców do stworzenia „eliksiru młodości” i pomóc w walce z rakiem” – powiedziała Maria Rubtsova z Łomonosowa Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, której słowa donosi służba prasowa uniwersytetu.

Klucz do nieśmiertelności

Komórki embrionu i embrionalne komórki macierzyste są praktycznie nieśmiertelne z punktu widzenia biologii - mogą żyć w odpowiednim środowisku niemal bez końca i dzielić się nieograniczoną liczbę razy. W przeciwieństwie do tego, komórki w ciele osoby dorosłej stopniowo tracą zdolność do podziału po 40-50 cyklach podziału, wchodząc w fazę starzenia, co prawdopodobnie zmniejsza ryzyko zachorowania na raka.

Różnice te wynikają z faktu, że każdy podział „dorosłych” komórek prowadzi do zmniejszenia długości ich chromosomów, których końce oznaczone są specjalnymi powtarzającymi się segmentami, tzw. telomerami. Gdy telomery stają się zbyt małe, komórka „uchodzi na emeryturę” i przestaje uczestniczyć w życiu organizmu.

To się nigdy nie zdarza w komórkach embrionalnych i rakowych, ponieważ ich telomery są odnawiane i wydłużane z każdym podziałem dzięki specjalnym enzymom telomerazy. Geny odpowiedzialne za montaż tych białek są wyłączone w dorosłych komórkach, a w ostatnich latach naukowcy aktywnie zastanawiali się nad tym, czy możliwe jest przedłużenie życia człowieka poprzez ich przymusowe włączenie lub stworzenie sztucznego analogu telomeraz.

Rubtsova i jej koledzy od dawna badają, jak działają „naturalne” telomerazy u ludzi i innych ssaków. Ostatnio interesowało ich, dlaczego zwykłe komórki w organizmie, w których to białko nie działa, z jakiegoś powodu syntetyzują duże ilości jednego z jego asystentów, krótkiej cząsteczki RNA zwanej TERC.

Ta sekwencja około 450 „genetycznych liter”, wyjaśnia biolog, była wcześniej uważana za zwykły fragment „śmieciowego DNA”, który telomeraza kopiuje i dodaje do końców chromosomów. Z tego powodu naukowcy nie zwracali zbytniej uwagi na budowę TERC i możliwą rolę tego fragmentu genomu w życiu komórek.

Ukryty asystent

Analizując strukturę tego RNA w ludzkich komórkach nowotworowych, zespół Rubtsovej zauważył, że w jego wnętrzu znajduje się specjalna sekwencja nukleotydowa, która zwykle wyznacza początek cząsteczki białka. Po znalezieniu tak ciekawego „kawałka” biolodzy sprawdzili, czy w komórkach innych ssaków znajdują się analogi.

Okazało się, że były one obecne w DNA kotów, koni, myszy i wielu innych zwierząt, a ich budowa tego fragmentu w genomie każdego z tych zwierząt pokrywała się o około połowę. Doprowadziło to genetyków do pomysłu, że wewnątrz TERC nie ma nic nieznaczących fragmentów pradawnych genów, ale całkowicie „żywe” białko.

Przetestowali ten pomysł, wstawiając dodatkowe kopie tego RNA do DNA tych samych komórek rakowych i sprawiając, że bardziej aktywnie czytają takie regiony. Dodatkowo naukowcy przeprowadzili serię podobnych eksperymentów na E. coli, w której genomie nie ma „klasycznych” chromosomów i telomeraz.

Okazało się, że RNA telomerazy faktycznie odpowiadało za syntezę specjalnych cząsteczek białka hTERP, które składały się tylko ze 121 aminokwasów. Jej zwiększone stężenie w komórkach nowotworowych i drobnoustrojach, jak wykazały dalsze eksperymenty, chroniło je przed różnego rodzaju stresem komórkowym, ratując życie w przypadku przegrzania, braku pożywienia czy pojawienia się toksyn.

Powodem tego, jak później odkryli Rubtsova i jej koledzy, było to, że hTERP przyspiesza proces „przetwarzania” skrawków białek, RNA i innych cząsteczek w lizosomach, głównych „spalaczach” komórki. To jednocześnie chroni je przed śmiercią i znacznie zmniejsza szanse na mutacje i rozwój raka.

Dalsze eksperymenty, zdaniem genetyków, pomogą nam zrozumieć, w jaki sposób telomeraza i hTERP wchodzą ze sobą w interakcje i jak można je wykorzystać do stworzenia pewnego rodzaju „eliksiru młodości”, który jest bezpieczny z punktu widzenia onkologii.