Кислородные радикалы помогают клеткам делиться
Активные формы кислорода нужны клетке для того, чтобы запустить синтез новой ДНК.
Кислородные радикалы, или активные формы кислорода, — это агрессивные молекулы-окислители, повреждающие белки, нуклеиновые кислоты и липиды. Кислородные радикалы появляются как обычный побочный продукт обмена веществ, хотя и условия жизни тоже играют роль. У клеток есть инструменты, позволяющие обезвреживать кислородные радикалы, но их может стать слишком много, да и сами защитные инструменты порой выходят из строя. Когда уровень активных форм кислорода становится слишком высок, в клетке начинается окислительный стресс.
Кислородные радикалы называют среди главных причин старения; повреждая ДНК, они могут спровоцировать злокачественные мутации. О том, что они опасны, говорят давно. Но в последние годы появляются исследования, которые свидетельствуют, что кислородные радикалы также приносят и пользу: они служат сигнальными молекулами, которые стимулируют деление клеток. В одной из последних статей на эту тему в Developmental Cell сотрудники Дрезденского университета и британского Института изучения рака пишут, что уровень радикалов меняется в течение клеточного цикла (то есть от одного деления клетки до другого), и что если их каким-то образом из клетки убрать, она перестанет делиться — то есть клеточный цикл остановится. Причём он остановится в той точке, когда клетка должна сделать вторую копию ДНК.
Вся жизнь клетки управляется сигнальными путями — цепочками белков, которые связываются друг с другом, модифицируют друг друга, меняют активность друг у друга, влияя тем самым на биохимические реакции и на активность генов. Для синтеза ДНК перед делением очень важна циклинзависимая киназа 2 (Cdk2) — сигнальный фермент, который модифицирует другие белки, запуская, собственно, синтез новой ДНК. Уровень кислородных радикалов меняется как раз вместе с активностью Cdk2: они обратимо окисляют одну из аминокислот в молекуле Cdk2, так что с киназой Cdk2 не может связаться другой фермент, который подавляет её активность.
Тут надо снова вспомнить, что кислородные радикалы появляются как побочный продукт энергетических реакций. То есть чем активнее работают энергетические станции клетки, чем больше накапливается энергии, тем больше появляется кислородных радикалов. И тогда понятно, почему радикалам доверено участвовать в управлении клеточным циклом: синтез ДНК и вообще деление требует много ресурсов, и радикалы служат датчиком, который показывает, что у клетки достаточно энергии на размножение.
Этот механизм работает в разных типах клеток, в том числе и в злокачественных. Выше мы говорили, что избыток кислородных радикалов может вызвать онкогенные мутации. В то же время избыток радикалов убивает раковые клетки, сильно повреждая их биомолекулы. Часто у раковых клеток включаются особые механизмы, нейтрализующие активные формы кислорода, которые для опухоли могут быть столь же опасны, как и для здоровых тканей. Вместе с тем сигнальный белок Cdk2 очень важен для раковых клеток тоже, и если его целенаправленно выключить, опухоль перестанет расти. Однако выключить его непросто: Cdk2 очень похожа на другие белки своего семейства (то есть семейства циклинзависимых киназ), и, подавляя её активность, неизбежно подавляется активность других подобных ферментов, что неизбежно должно привести к сложным побочным эффектам. Но возможно, что действуя через кислородные радикалы, можно будет избирательно подавлять работу Cdk2, тем самым тормозя рост опухоли.
