Ядра клеток плохо переносят путешествия в тесноте
Блуждающие клетки, ползая по тесным межклеточным ходам в тканях нашего тела, вынуждены постоянно латать дыры в мембранах своих ядер и заделывать разрывы в ДНК.
Иммунным клеткам, которые бродят по тканям в поисках инфекции, бывает порой непросто путешествовать – ведь им приходится буквально протискиваться по межклеточным промежуткам, которые бывают очень и очень невелики. И не только иммунным, но вообще любым странствующим клеткам приходится вытягиваться, уплощаться, искривляться и т. д., чтобы переползти с места на место, подчиняясь какому-нибудь химическому сигналу.
Но не вредит ли подобная «йога» самим путешественникам? Клеточная мембрана достаточно эластична, как и цитоскелет, и вообще всё содержимое цитоплазмы, так что на первый взгляд кажется, что такие упражнения ничем клетке не грозят.
Но это если забыть о ядре, которое жёстче остальной клетки и в котором, как мы помним, содержится генетический материал и обслуживающие его белки. И вот в журнале Science вышло сразу две статьи, авторы которых говорят о том, что для клеточного ядра протискивание по узким проходам оказывается вовсе небезвредным.
Ян Ламмердинг (Jan Lammerding) и его коллеги из Корнельского университета модифицировали раковые и обычные клетки так, чтобы в их ядрах накапливался флуоресцентный белок, зелёный или красный, а потом заставляли их проползать сквозь узкие щели, диаметр которых был в несколько раз меньше диаметра самих клеток.
В статье исследователей говорится, что когда клетка протискивалась через проход, её цитоплазма окрашивалась в зелёный цвет – то есть ядро давало течь, и флуоресцентный белок из него уходил. О том же пишут у себя Матьё Пиль (Matthieu Piel) и его сотрудники из французского Национального центра научных исследований, экспериментировавшие с иммунными и раковыми клетками.
Протечка ядра означает, что в его мембране появились лишние, неконтролируемые дырки (в нормальной ядерной мембране есть специальные поры, снабжённые особыми белками, которые следят за тем, что из ядра выходит и что туда входит). Почему нарушение целостности ядра так опасно?
Дело в том, что в цитоплазме есть ферменты, разрушающие ДНК – они нужны для отражения вирусных атак, когда геном вируса проникает в клетку. Но эти же ферменты могут расщепить и собственную ДНК клетки, если она появится за пределами ядра. Кроме того, авторы обеих работ подчёркивают, что механический стресс сам по себе вредит хромосомам – даже если мембрана ядра осталась целой, из-за сжатий и растяжений ДНК всё равно рвётся, что может привести либо к гибели клетки, либо к её перерождению в раковую.
Но, как мы сказали, многим клеткам приходится довольно много путешествовать по тесным межклеточным пространствам, и было бы странно, если бы в эволюции не появилось никаких компенсирующих механизмов.
Во-первых, особые ремонтные ферменты вовремя замечают и соединяют разрывы в ДНК, во-вторых, у клетки есть специальный молекулярный комплекс ESCRT III, чья задача – закрывать дыры в ядре. Он включается менее чем через две минуты после появления отверстия в мембране, и на то, чтобы его «заштопать», у ESCRT III уходит от десяти минут до получаса. Не исключено, впрочем, что у клеток – особенно у тех, которые должны постоянно перемещаться с места на место – есть и другие уловки, которые позволяли бы не только ремонтировать ядро, но и предотвращать повреждения в его мембране.
Очевидно, что полученные результаты могут пригодиться в разработке лекарств против рака. Как известно, одна из самых больших проблем, связанных с опухолью – это её способность метастазировать.
Если же у клетки, которая отправилась основывать новую раковую колонию в новом органе, отключить способность зашивать отверстия в ядре, вряд ли она сумеет далеко уйти – попытки протиснуться в новую ткань приведут к множественным, необратимым и несовместимым с жизнью повреждениям в её ДНК.
