Стовбурові клітини чинять опір радіації «на гальмах»

Щоб точніше виправити радіаційні розриви в ДНК, стовбурові клітини гальмують свій життєвий цикл на певних стадіях.

Нервові стволові клітини людини. (Фото: California Institute for Regenerative Medicine / Flickr.com .)

Одноланцюговий і двуцепочечной розриви в ДНК. (Ілюстрація: bioquicknews.)

<

>

Коли ми говоримо про небезпечну радіацію, то маємо на увазі іонізуюче випромінювання. У ньому досить енергії, щоб перетворювати молекули й атоми в заряджені іони - чому таке випромінювання в цілому і називається іонізуючим, хоча різновидів у нього досить багато.

Саме здатність впливати на пристрій атомів і молекул робить іонізуюче випромінювання небезпечним для живих організмів. Втім, тут потрібно враховувати, що все залежить від його кількості, від дози і часу впливу. Наприклад, в середньому кожна людина на Землі за рахунок природного радіаційного фону, від якого нікуди не дітися, отримує в рік дозу близько 3 мГр (мілігрей); а ось для гострої променевої хвороби потрібно за короткий час отримати 1 Гр.

Але променева хвороба - це все-таки екстремальна ситуація. У повсякденному житті іонізуюче випромінювання, з яким ми стикаємося, занадто «розмазати» за часом і не дуже велика в дозі. Проте, досить висока доза здатна заподіяти відчутної шкоди: через мутацій в ДНК, викликаних іонізуючим випромінюванням, зростає ймовірність онкологічних хвороб. Зараз вважається, що навіть невеликий надлишок випромінювання в цьому сенсі небезпечний. Однак в експериментах малі дози опромінення або не приводили до відхилень, або навіть надавали позитивну дію - опромінені тварини жили довше і рідше хворіли на рак.

Дуже велика частка злоякісних пухлин відбувається від стовбурових клітин , Які, як відомо, служать джерелом зрілих, спеціалізованих клітин. Стовбурові клітини постійно діляться, і, якщо в них з'являються мутації, то вони перейде до клітин-нащадків. І якщо мутацій виявляється багато (а стовбурові клітини живуть довго), то ймовірність раку стає досить великий. Як ми сказали вище, мутації можуть виникати через іонізуючого випромінювання, але до сих пір мало хто вивчав, як тривалий слабке випромінювання діє на стовбурові клітини.

Саме це спробували з'ясувати дослідники з Московського державного університету, Московського фізико-технічного інституту і деяких інших наукових центрів. Взявши стовбурові клітини з ясен, вони піддавали їх короткочасного і тривалого впливу рентгенівського випромінювання, причому доза його в обох випадках була однаковою.
Випромінювання рве ДНК, іноді тільки один ланцюг, а іноді відразу обидві. Якщо порвалася одна ланцюг, то спеціальні білки легко зашиють розрив, використовуючи другий ланцюжок як шаблон. Але якщо порвалися обидві ланцюга, то тут вже працює інший механізм ремонту, і саме при таких пошкодженнях сильно зростає ймовірність, що ДНК відремонтують неправильно.
Дослідників цікавили саме подвійні розриви. Виявилося, що при короткочасному опроміненні подвійних розривів ставало з часом все більше і більше, а при тривало опроміненні їх число зростало тільки до якогось певного моменту, після чого наступав баланс - розривів не стає ні більше, ні менше (хоча сумарна доза, нагадаємо , і при короткочасному, і при тривалому опроміненні була однаковою). Все виглядало так, як якщо б клітина встигала виправляти ушкодження у міру того, як вони з'являлися, підтримуючи «дефективність» ДНК на одному рівні.
Виправити подвійний розрив можна, просто пошивши кінці. Такий спосіб репарації (ремонту) зазвичай і використовується, але, як ми сказали, він чреватий помилками, через які клітина може або просто загинути, або переродитися в злоякісну. І є інший спосіб, коли повністю розірвану подвійну спіраль ДНК відновлюють за зразком іншого подвійної спіралі. Підкреслимо - не одну ланцюжок латають за шаблоном іншого ланцюжка, а для обох ланцюгів підбирають іншу молекулу ДНК, яка служить шаблоном-зразком для ремонту. І в такому випадку помилок виходить набагато менше. Але для цього потрібна точна копія пошкодженої молекули. А в клітці така копія з'являється тільки перед поділом, коли вся ДНК подвоюється, щоб кожній з дочірніх клітин дісталося по копії.
У статті в Oncotarget йдеться, що у стовбурових клітин при тривалому опроміненні дійсно активізувався саме другий, більш точний механізм ремонту ДНК - це було видно по тому, як в клітинах накопичувався один з його білків. І одночасно клітини гальмували свій життєвий цикл - вони довше залишалися в тих стадіях, коли синтезується друга копія ДНК і коли можна приступати власне до поділу.
Зрозуміло, чому так відбувалося: щоб більш точний механізм ремонту встиг виправити численні радіаційні розриви, потрібен час і потрібна ДНК-зразок, так що відповідні стадії клітинного циклу доводиться подзадержался. Також зрозуміло, чому це траплялося саме при тривалому опроміненні: розриви з'являлися поступово, і клітини встигали виправити їх до відповідного тимчасове вікно.
У перспективі отримані результати допоможуть точніше оцінити вплив невеликих доз іонізуючого випромінювання на організм, а також, можливо, допоможуть створити засіб, яке допомагало б клітинам в екстремальних умовах включати більш точний механізм репарації ДНК.