Исследователи из Института молекулярной биологии (IMB) и Университета имени Иоганна Гутенберга в Майнце (JGU) раскрыли секреты теломер - колпачков, защищающих концы наших хромосом. Они обнаружили, что молекула РНК под названием TERRA помогает гарантировать, что очень короткие (или сломанные) теломеры снова зафиксируются. Работа, недавно опубликованная в журнале Cell, дает новое представление о клеточных процессах, которые регулируют старение клеток и их выживание при старении и раке.
Теломеры защищают концы наших хромосом, как пластиковый колпачок на конце шнурка, который предотвращает распутывание шнурка. В течение жизни клетки теломеры постепенно укорачиваются с каждым клеточным делением, и поэтому защитный колпачок становится все менее и менее эффективным. Если они становятся слишком короткими, это сигнал для клетки о том, что ее генетический материал скомпрометирован и клетка перестает делиться. Укорочение теломер и снижение клеточного деления считаются признаками старения и, вероятно, способствуют процессу старения. Однако укорачивание теломер также является защитным механизмом от рака, потому что клетки с высокой пролиферацией могут делиться только тогда, когда их теломеры не укорачиваются. Следовательно, укорочение теломер - это палка о двух концах, и его необходимо тщательно регулировать, чтобы найти баланс между старением и профилактикой рака. Когда теломера случайно обрывается в начале жизни клетки, ее необходимо исправить, чтобы клетка не старела слишком рано.
«В жизни клетки вы должны найти какой-то баланс между профилактикой рака и старением. Теломеры являются связующим звеном между ними, поэтому понимание того, как они поддерживаются, действительно важно», - сказал Брайан Люк., профессор Института биологии развития и нейробиологии JGU и адъюнкт-директор IMB.
Люку и его лаборатории было интересно понять, как клетка распознает эти укороченные и поврежденные теломеры, лишившиеся своего колпачка. Кроме того, они хотели определить, какие факторы важны для восстановления коротких теломер. Эта информация может помочь понять, почему клетки либо стареют, либо продолжают расти.
В своей недавней статье, опубликованной в журнале Cell, Люк и его группа показали, что одним из ключей к пониманию этой проблемы является TERRA. TERRA представляет собой разновидность РНК, которая накапливается специфически на концах критически коротких теломер, связываясь непосредственно с ДНК и сигнализируя клетке, что эти теломеры следует восстановить, позволяя клетке продолжать делиться.
Мы уже знали, что короткие теломеры играют ключевую роль в определении начала клеточного старения, но мы не совсем понимали, какие особенности коротких теломер важны. То, что мы обнаружили с TERRA, представляет собой сложную регуляторную систему. это объясняет, как короткие теломеры идентифицируются клеткой», - сказал Люк.
Эта статья на самом деле является результатом двух разных исследовательских проектов по изучению теломер в лаборатории Люка. Диего Бонетти изучал регуляцию TERRA в клеточном цикле и обнаружил, что уровни TERRA различаются на разных стадиях клеточного цикла. Тем временем Арианна Локхарт и Марко Граф исследовали накопление TERRA на коротких теломерах. Когда они обнаружили, что схема циклического накопления TERRA различается между короткими и длинными теломерами, они поняли, что что-то сделали, и объединили усилия для этого проекта.
Их совместная работа привела к пониманию того, что TERRA действительно накапливается на всех теломерах, но на длинных теломерах быстро удаляется с помощью белков Rat1 и РНКазы H2. Эти белки преимущественно связываются с длинными теломерами и обеспечивают удаление TERRA, но их нет на критически коротких теломерах, что означает, что TERRA остается в течение более длительного времени. Этот механизм обеспечивает последующую репарацию короткой теломеры, которая имеет решающее значение для выживания клетки и продолжения ее деления.
работа Люка выполнялась на дрожжах; однако теломеры и TERRA обнаруживаются у всех организмов с линейными хромосомами. Исследователи ожидают, что их работа будет применима и к людям. Их следующим шагом будет изучение этих процессов в клетках человека и изучение их влияния на старение и рак.