Сайленсингом называется «замалчивание» гена, то есть выключение его экспрессии, транскрипции. У взрослых такими являются гены эмбрионального развития, у мужчин женские, а у женщин мужские. Подвергаются также сайленсингу гены вируса, вторгшегося в клетку. Есть периодический сайленсинг генов циркадного ритма, регулирующего смену сна и бодрствования...
Недавно старейший медицинский журнал «Lancet» подвел печальные итоги вековых попыток ученых и врачей понять, что же такое рак и какова его природа. В. качестве возможного выхода из тупика было предложено вернуться к старой идее времен Пастера и Мечникова, когда возникновение опухолей связывали с хроническим воспалением.
Гипотеза, как ни странно, получила в самое последнее время неожиданное экспериментальное подтверждение, о чем написал журнал «Cancer Cell». Речь идет о специализированных клетках «адаптивной» иммунной системы, которые являются промоутерами стволовых опухолевых клеток и ракового прогресса.
В какой-то мере эта идея высказывалась еще около двух десятков лет тому назад, когда было открыто, что макрофаги атакуют другие клетки с помощью кислородных радикалов, сжигающих все на своем пути. Потом уже в наши дни было открыто, что радикалы действительно повышают риск возникновения одно и двуцепочных разрывов ДНК. В результате дефектов репаративной системы «починки» ДНК могут накапливаться мутации и повышаться нестабильность генома.
Еще одно подтверждение данной гипотезы опубликовал журнал «Science». Лаура Клифф из Манчестерского университета обнаружила ускоренный оборот эпителиальных клеток тонкой кишки при инвазии микроскопической нематоды Trichuris trichuria. Гибель и нарождение новых клеток ускоряются под действием Т-хелперов, а также хемокина CXCL, являющегося стимулятором воспаления, и интерлейкина (IL-13). Не обходится также и без стимулятора хронической пролиферации Т-хелперов интерферона-гамма. Если все это окажется верным, то рак можно будет лечить иммуномодуляторами.
И все же главное открытие уже наших дней лежит в несколько иной плоскости. Речь идет о несколько неожиданном открытии генного сайленсинга с помощью РНК-интерференции (RNA-i).
Молекулярная интерференция осуществляется микро-РНК длиной всего 6-28 нуклеотидов, для которых в геноме имеются специальные «некодирующие» гены. Название связано с тем, что эти короткие цепочки РНК не кодируют даже олигопептиды, не говоря уже о белках, информация о которых заложена в последовательности длинных информационных РНК (и-РНК).
Система и РНК является очень древней, когда мир был еще РНКовым. Это одна из систем защиты наших клеток от проникновения в них чужеродных нуклеиновых кислот, в частности вирусных. Естественно, что малые РНК не работают сами по себе. Им в помощь придается сложный ферментативный каскад, состоящий из нескольких компонентов.
По выходе малых РНК из ядра в первую очередь включается фермент Dicer, который после некоторой модификации молекулы РНК передает ее другому ферменту, получившему романтическое название «аргонавт». Последний разъединяет двуцепочную РНК на одноцепочные фрагменты и отправляет их в большой протеиновый Rise, или RNA-lnduced Silencing Complex - комплекс генного сайленсинга, индуцированного РНК.
Risk садится на и-РНК гена-мишени и с помощью одноцепочной микро-РНК расщепляет молекулу, несущую информацию о том или ином протеине. Так происходит в клетках «замалчивание» генной информации. Считается, что так выключается, например, в клетках женского организма вторая половая Х-хромосома.
По всей видимости, цитоплазменный сигнал и-РНК поступает затем в ядро, и гены эмбрионального развития выключаются насовсем. Их функция частично сохраняется, однако в стволовых клетках, которые после соответствующего сигнала могут включиться и начать пролиферировать и дифференцироваться в эффекторные клетки.
Гены микро-РНК локализуются, например, в участке длинного плеча 13-й хромосомы (13q31-32). На ДНК этого хромосомного фрагмента синтезируются предшественники 7 коротких РНК. Интересно, что при некоторых В клеточных лимфомах этот фрагмент хромосомы излишне активен (оверэкспрессия), что и обратило внимание ученых на него.
Гены синтеза микро-РНК есть также на 7-й и Х-хромосомах. Всего на сегодняшний день известно более 200 таких коротких РНК. В самое последнее время открыта совершенно неожиданная их функция. Было известно, что они играют существенную роль в эмбриональном развитии, в ходе которого очень важно «повременное» действие тех или иных генов. Но потом выяснилось, что и-РНК имеет место быть и при дифференцировке клеток.
В лаборатории Колд-Спринг-Хар-бор назвали этот участок микро-РНК. Его введение в клетки лимфомы и нормальных линий ускоряет раковую трансформацию гемопоэтических стволовых клеток. При этом практически полностью отсутствует апоптоз, то есть запрограммированная смерть клеток.
Участок микро-РНК кодирует РНК длиной 18-24 нуклеотида. Соединение этого гена с зеленым флюоресцирующим белком (GFP) делает мышь светящейся зеленым светом. Это свидетельствует об активности локуса 13q31 -33 во всех клетках организма.
Его функция тесно связана с генами с-Мус и E2F. Мус был в свое время одним из первых открытых протоонкогенов. Его роль была выявлена впервые в клетках мие-лоцитомы, откуда и сокращенное название. Как и E2F, он является одним из важнейших транскрипционных факторов, которые «включают» активность-транскрипцию генов E2F, в частности участвует в регуляции клеточного цикла, то есть необходим для «подталкивания» клетки к делению. Оба фактора «взаимозаменяемы», и их транскрипция часто увеличена при раке.
Они активируют друг друга, при этом выключение одного из них вследствие положительной обратной связи приводит к оверэкспресии сразу обоих! Считается, что микро-РНК осуществляют тонкую «настройку» динамики работы E2F в регулировании клеточного цикла. В сиднейском Раковом центре Катрин О'Доннел нашла, что оба фактора также регулируют синтез микро-РНК. Мус, задействованный в регуляции апоптоза, клеточного деления и дифференцировки, связывается с упомянутым выше локусом 13q31-33 и регулирует синтез 6 микро-РНК, E2F-flByx. Интересно, что внесение гена микро-РНК осуществлялось с помощью вируса, инфицирующего стволовые клетки. Это лишний раз подтверждает гуляющую среди ученых гипотезу о происхождении опухолей именно из стволовых клеток.
Внесение «кластера» микро-РНК в клетки мышей, которые затем получали их обратно, приводило к снятию всяческих запретов на развитие лимфом. Во-первых, резко сокращалась латентность процесса туморогенеза - с 3-6 месяцев до 50 дней! А во-вторых, частота возникновения опухолей увеличивалась с 30 до 100%.
Между двумя группами возникла даже заочная дискуссия о том, какой компонент выявленного кластера микро-РНК виноват в образовании опухоли. Выше говорилось о том, что Мус и E2F ответственны за синтез разных РНК. Увеличение его экспрессии повышает синтез 6 микро-РНК, однако только две из них кодируются в 13-й хромосоме, четыре же - на 7-й и X. Теперь необходимо «потасовать» оба гена и посмотреть, какая комбинация РНК наиболее фатальна для клеток.
Медицинская газета