В МГУ научились состаривать клетки теплом

Российские биологи из Московского государственного университета обнаружили, что кратковременное нагревание клеток может привести к их необратимому старению. Результаты работы опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.

Учёные провели исследование, используя культуру клеток HeLa, которая была получена ещё в 1951 году из тканей опухоли шейки матки пациентки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks). Эти клетки называют «бессмертными», так как они способны делиться бесконечное число раз, в отличие от обычных клеток, которые погибают после приблизительно 52 делений.

Биологи подвергали HeLa нагреванию до 45 градусов Цельсия. Длительность этого процесса в разных сериях экспериментов составляла от 30 минут до 96 часов. Таким образом исследователи вызывали тепловой стресс (шок) разной продолжительности, выясняя, каким образом он влияет на биохимические процессы в клетках.

Оказалось, что клетки становились наиболее уязвимыми к тепловому стрессу в тот момент, когда происходили удвоение ДНК (репликация) и подготовка к процессу деления (синтетическая фаза). В результате шока происходили серьёзные повреждения в молекуле ДНК и клетка переставала делиться — происходило её так называемое репликативное старение (сенесценция). При этом увеличивалась доля деформированных клеток, уплощённых и с увеличенными ядрами. Биохимический анализ показал, что деформированные HeLa содержали ферменты-маркеры репликативного старения.

Биологи также обнаружили, что тепловой стресс приводил и к активации белка p21, который подавляет смену фаз клеточного цикла. Из-за всех этих факторов клетка останавливает своё развитие в синтетической фазе. Однако торможение происходит только в том случае, если тепловой шок случился в самом её начале. Так как белок p21 играет важную роль в восстановлении ДНК, учёные предположили, что самой уязвимой частью клетки при тепловом стрессе являются как раз механизмы удвоения нуклеиновых кислот. Исследователи проверили активность нескольких соединений, участвующих в процессе репликации, и обнаружили, что во время шока происходит подавление важного фермента (топоизомеразы I), отвечающего за облегчение «расплетания» двойной спирали ДНК. Более того, топоизомераза связывалась с ДНК, образуя прочные комплексы, которые мешали процессу репликации. При её последующем удалении возникали разрывы. Они с трудом поддавались восстановлению и сохранялись во вновь синтезированных цепочках. Сергей Разин, один из авторов исследования, подчёркивает, что результаты работы могут лечь в основу разработки новых методов химической терапии онкологических заболеваний, поскольку раскрывают неизвестные ранее эффекты различных повреждающих ДНК агентов. В другом исследовании биологи из Великобритании обнаружили, что удаление митохондрий из клеток устраняет признаки их старения. Происходит это через снижение экспрессии характерных для сенесценции белков и уменьшение провоспалительных и прооксидантных веществ.