С момента появления молекулярной генетики более пятидесяти лет назад ученые пытались выделить гаплоидные клетки млекопитающих, то есть клетки с половиной числа хромосом, содержащихся в соматических клетках. Гаплоидные клетки являются мощным генетическим инструментом для анализа функции генов. В последнее десятилетие ряду исследователей наконец удалось разработать гаплоидные культуры клеточных линий. Однако эти клеточные линии нестабильны и имеют тенденцию к диплоидизации. Теперь исследователи из Испанского национального центра исследования рака (CNIO) идентифицировали химические соединения, которые повышают стабильность гаплоидных клеточных линий млекопитающих. Исследование опубликовано в последнем выпуске Cell Reports.
За исключением сперматозоидов и яйцеклеток, клетки человека имеют два набора хромосом, по одному унаследованному от каждого родителя. Однако организмы только с одним набором хромосом могут быть чрезвычайно полезны для научных исследований. «Клетки с одним набором хромосом - мощный инструмент для изучения функций генов, потому что вы можете модифицировать только одну копию гена, чтобы проанализировать его влияние на организм», - говорит Оскар Фернандес-Капетильо, руководитель группы изучения геномной нестабильности CNIO и руководитель исследования.
Гаплоидные клетки в микроорганизмах, таких как дрожжи, широко использовались для получения важных идей, которые произвели революцию в истории биомедицины. Дрожжи использовались, например, лауреатами Нобелевской премии по физиологии 2001 года для идентификации ключевых молекул, которые регулируют клеточный цикл в эукариотических организмах. Однако дрожжей и человека разделяет миллиард лет эволюции, и многие биологические механизмы не сохранились, а значит, не могут быть изучены у этих микроорганизмов.
Поскольку культуры гаплоидных клеток млекопитающих не были доступны до недавнего времени, исследователи использовали другие инструменты для проведения генетического скрининга, такие как интерферирующая РНК. Однако эти альтернативные стратегии имеют неспецифические эффекты, неудобные для любого генетического подхода. За последние годы ученым удалось выделить гаплоидные клеточные линии млекопитающих. Во-первых, от больного лейкемией была получена почти гаплоидная клеточная линия; несколько лет спустя были разработаны методы для получения линий эмбриональных гаплоидных стволовых клеток ряда млекопитающих, включая человека. Однако все эти культуры гаплоидных клеток животных очень нестабильны и быстро становятся диплоидными.
«Два года назад мы обнаружили, что гаплоидные клетки активируют механизмы клеточной гибели через белок p53; в результате гаплоидные клетки больше не жизнеспособны в культуре и постепенно исчезают», - говорит Фернандес-Капетильо (1). «Эти результаты объясняют, почему так сложно поддерживать гаплоидные клетки животных в лаборатории."
Теперь исследователи CNIO использовали методы химического скрининга для поиска среди почти 1000 соединений тех, которые отбирают гаплоидные клетки против клеток с большим числом хромосом. Исследование показало, что предшественник в синтезе противоракового агента таксола, названный DAB (10-деацетилбакаттин III), позволяет гаплоидным клеткам лучше расти и заменять диплоидные клетки в культурах.
Это соединение действует на микротрубочки, факторы, участвующие в миграции хромосом во время клеточного деления. Когда микротрубочки воздействуют с помощью DAB, более серьезно поражаются клетки с большим числом хромосом, в то время как клетки с меньшим числом хромосом способны продолжать деление клеток». Этот эффект не ограничивается гаплоидными клетками, поскольку тетраплоидные клетки (клетки с четырьмя наборами хромосом), подвергшиеся воздействию DAB, также более подвержены влиянию, чем диплоидные клетки. Другими словами, эта стратегия позволяет исследователям отбирать клетки с меньшим числом хромосом в смешанных культурах клеток млекопитающих.
Независимо от полезности этих результатов для исследователей, работающих с гаплоидными клетками животных, исследование также актуально для исследователей рака, поскольку эффекты DAB также могут быть получены с малыми дозами противоракового препарата Таксол. В этом контексте авторы хотят предположить, что низкие дозы таксанов могут обеспечить избирательную элиминацию полиплоидных клеток, которые, как показывают недавние геномные исследования, могут присутствовать в до 37% опухолей человека. Таким образом, «результаты этого исследования могут помочь выявить больных раком, которым может быть предпочтительнее лечение с использованием таксола или других производных таксана», - говорит Фернандес-Капетильо.
Это исследование финансировалось Министерством науки, инноваций и университетов Испании, Национальным институтом здравоохранения имени Карлоса III, Фондом Берингер Ингельхайм, Фондом Ботина и Банком Сантандер через университеты Сантандера, Европейский исследовательский совет и Испанский Ассоциация против рака (AECC).
(1) Зависимый от p53 ответ ограничивает жизнеспособность гаплоидных клеток млекопитающих. Тереза Ольбрих, Кристина Майор-Руис, Мария Вега-Сендино, Серхио Руис, Оскар Фернандес-Капетильо, Кармен Гомес, Саграрио Ортега (PNAS 2017). DOI: 10.1073/pnas.1705133114