Биологи узнали, как раковые клетки удлиняют свои теломеры

Теломеры защищают концы хромосом от разрушения, однако с каждым новым делением клетки они понемногу растрачиваются. Это одна из главных причин старения, поэтому ученые активно ищут способы сделать теломеры длиннее. Теперь они описали новый механизм их наращивания — оказалось, «застрявшие» на ДНК белки стимулируют удлинение теломер. Его используют многие раковые клетки, чтобы делиться без ограничений и оставаться «бессмертными».

Все эукариотические (то есть ядерные) организмы хранят свой генетический материал в виде хромосом, имеющих свободные концы, в отличие от бактерий с их кольцевыми геномами. Однако при каждом копировании ДНК небольшой фрагмент на ее конце оказывается потерян — это связано с механизмом репликации нуклеиновой кислоты.

Если бы подобное происходило бесконтрольно, хромосома скоро начала бы «расходоваться» на такое копирование. К счастью, на концах хромосом есть специальные участки, содержащие множество повторов ДНК — теломеры, с которыми связаны специальные белки. Теломеры можно сравнить с пластиковыми фестончиками на шнурках, защищающими их от расплетания.

Таким образом, при последовательных делениях клетки теломеры «расходуются» вместо основной части хромосомы. Когда же они заканчиваются (достигнут так называемый лимит Хейфлика), клетка проявляет признаки деградации или даже гибнет.

Поэтому удлинить теломеры — один из перспективных способов замедлить старение организма. Обычно для этого биологи стараются увеличить активность телемораз — особых ферментов, способных достраивать концы хромосом. Но новое исследование, опубликованное в Nucleic Acid Research описывает детали другого механизма — так называемый альтернативный путь удлинения теломер (alternative lengthening of telomeres, ALT).

Объектом исследования на сей раз стали раковые клетки. Дело в том, что клетки опухолей умеют обходить проблемы с «расходованием» теломер, благодаря чему делятся без ограничений. Это связано с нарушением работы в них белка ATRX: он выполняет множество функций, в том числе влияет на упаковку ДНК и поддерживает стабильность генома.

С помощью флуоресцентных меток авторы научной работы показали, что ATRX связывает повторяющиеся последовательности ДНК — таких как раз много в теломерах. Затем исследователи использовали метод геномного редактирования CRISPR/Cas9, чтобы «выключить» ген ATRX и выяснить, как это влияет на длину теломер.

Оказалось, одного отсутствия белка ATRX недостаточно. Альтернативный путь роста теломер потребовал также прочного связывания ДНК с топоизомеразой TOP2A. Этот фермент нужен, чтобы нуклеиновая кислота перешла из «перенапряженного», суперспирального состояния — для этого топоизомеразы надрезают ДНК и тут же сращивают ее обратно.

Но на поверку выяснилось, что тот же эффект вызывают другие белки, которые прочно «пришиваются» к ДНК. Ученые отметили, что такие необычно прочные связи между молекулами стимулируют различные излучения и препараты для химиотерапии.

Новая статья стала важным вкладом в копилку знаний о том, как работают теломеры. Эта информация может быть полезна и при изучении старения, и для понимания механизмов развития рака.