В новом исследовании ученые обнаружили, что укладка ДНК в клетке играет большое значение в развитии раковых заболеваний. Результаты исследования опубликованы в научном журнале Science Advances.
Актуальность проблемы
В каждой клетке человеческого организма содержится ДНК размером в 2 метра. Для того чтобы эта ДНК вписалась в ядро клетки – уютное пространство, размером в 1 сотую миллиметра, – молекула ДНК должна быть упакована чрезвычайно плотно.
Материалы и методы обследования
Чтобы разгадать эту загадку, ученые объединили технологии наноразмерной визуализации с молекулярным динамическим моделированием, чтобы проанализировать наноразмерные изменения в структуре упаковки хроматина. Используя данные Атласа генома рака (Cancer Genome Atlas), ученые проанализировали клетки пациентов с колоректальным раком, раком молочной железы и легких на наличие маркеров транскрипционной пластичности. Исследователи также использовали микроскопию частичной волны (PWS) для исследования хроматина в живых клетках в режиме реального времени.
Результаты научной работы
Ученые из Северо-Западного университета (Northwestern University) пришли к выводу, что упаковка трехмерной структуры генома ДНК, называемой хроматином, контролирует реакцию клеток на стресс. Когда упаковка хроматина неоднородна и неупорядочена, клетка демонстрирует большую пластичность. Когда упаковка хроматина аккуратна и упорядочена, клетка не может так легко реагировать на внешние стрессоры. Это открытие связано как с хорошими, так и с плохими новостями.
Плохая новость в том, что раковые клетки с неупорядоченной упаковкой с большей вероятностью адаптируются и избегают лечения, такого как химиотерапия. Хорошая новость состоит в том, что, основываясь на результатах исследования, ученые могут разработать новые методы лечения рака, нацеленные на упаковку хроматина. Подавляя способность раковых клеток адаптироваться, эти клетки становятся более уязвимыми для традиционного лечения.
«Раковые клетки должны постоянно адаптироваться, чтобы избежать иммунной системы, химиотерапии или иммунотерапии. Неправильная упаковка хроматина стимулирует способность раковых клеток к адаптации», – объясняет Игал Шлейфер (Igal Szleifer).
Произведенный из ДНК, РНК и белков, хроматин определяет, какие гены будут подавлены или экспрессированы. При возникновении рака хроматин может регулировать экспрессию генов, которая позволяет клеткам становиться устойчивыми к лечению.
«Гены подобны аппаратному обеспечению, а хроматин – программному обеспечению», – объясняет Игал Шлейфер. «А упаковка хроматина – это операционная система».
«Геном был секвенирован, и такие технологии, как CRISPR, теперь позволяют исследователям редактировать «аппаратное обеспечение» клетки», – добавляет Шлейфер. «Однако роль структуры хроматина в экспрессии генов остается научной загадкой».
Исследователи обнаружили обратную зависимость между выживаемостью пациентов и пластичностью опухолевых клеток. Хроматиновая инженерия открывает двери для нового класса методов лечения рака, которые могут перенастроить «операционные системы» клеток, чтобы сделать их менее пластичными.
«Мы обнаружили, что изменения транскрипционной пластичности и упаковки хроматина являются важным маркером, который указывает на то, как больной раком может реагировать на противораковую терапию, такую как химиотерапия», – резюмирует Шлейфер.
Авторы другого исследования утверждают, что кольцевая ДНК способствует озлокачествлению клеток.
