Игорь Лалаянц
Очень скоро человека будут буквально читать, как книгу, – зная генотип, можно предсказывать судьбу. Иллюстрация из информационного издания Gens and Cancer («Гены и рак»), Deutsches Krebsforshungszentrum,
Imperial Cancer Reserarch Fund, European Union
Предсказание не похоже на гадание на кофейной гуще, поскольку ученые Стэнфордского университета провели анализ почти тысячи статей, посвященных описанию жизненного цикла микобактерии, хорошо знакомой гинекологам (Мусоbacterium genitalium). Это самый маленький из свободно живущих микроорганизмов, у которого всего 525 генов (даже у всем известной кишечной палочки Е.соli их почти 4300). Виртуальный клеточный код, полученный в Стэнфорде, включает 1900 жизненно важных параметров, определенных в экспериментальных лабораториях. На основе их компьютерного моделирования было четко выделено четыре модуля, или «-ома»: геном и его транскриптом, протеом и метаболом. Первые два означают совокупность ДНК и ее РНК-копий, на основе которых синтезируются клеточные протеины, участвующие затем в метаболических процессах.
Модель позволяет более четко знать скорости взаимодействия ДНК с белками считывания информации, продолжительность инициации и удвоения ДНК при подготовке к делению, а также другие ранее даже неизвестные параметры молекулярных процессов. Модель, конечно же, простая, если не сказать – примитивная. Что такое полтысячи генов, когда в наших клетках их не менее 20 тыс.! Но лиха беда начало, ведь когда-то и генетика начиналась с подсчета горошин и выявления мутаций у плодовой мушки, а изучение Е.соli – с выявления роста ее колоний или его отсутствия после рентгеновского облучения.
Исследователи подчеркивают, что им удалось определить временные параметры взаимодействия четырех клеточных модулей, приводящего к единой модели функционирования М.genotalium в реальном мире. Модель позволяет наглядно изучать процессы в условиях, которые чрезвычайно редки в реальной жизни, изучать нарождающиеся функции генов и отслеживать их эволюцию.
Так, в клетках, у которых затягивается инициация синтеза ДНК, накапливается избыток свободных «кирпичиков» для ее строительства, нуклеотидов. Переизбыток строительного материала ведет к мутациям, в результате которых динамика синтеза в отдельных клетках начинает отличаться. Вместе с тем это не приводит к отклонениям общего цикла воспроизведения у всей клеточной популяции. Это говорит о наличии надклеточных регуляторных механизмов. Подобного рода динамики стали хорошо знакомы молекулярным онкологам, на геномном уровне прослеживающим динамику развития клонов и субклонов раковых клеток в опухоли.
Модель может оказаться интересной и полезной и для специалистов, занимающихся изучением стволовых клеток. Сотрудники Рокфеллеровского университета в Нью-Йорке, работающие под руководством Ребекки Лансфилд, сумели получить функционально активные потовые железки из недавно открытых стволовых клеток. (У человека имеются миллионы этих железок, через которые ежедневно выкачивается до 3 литров пота.) Имеются железки на оголенных участках мышиных лапок, откуда и были выделены соответствующие стволовые клетки.
При их введении самкам мышей ученые получили развитие железок, если оно шло на жировых «ковриках». Известно, что жировая ткань обладает собственными стволовыми клетками, получающими соответствующие сигналы развития, которые оказались, по всей видимости, универсальными, поскольку поддерживали и рост потовых желез. В их клетках, в частности, активно работали ионные каналы, придающие солоноватый вкус поту. Эти каналы есть в потовых железах, но их нет в клетках молочных желез, отвечающих за синтез молока. Интересно, что у беременных самок мышей в некоторых потовых железках, полученных из пересаженных стволовых клеток, тоже начинался синтез молочных белков, а в коже стволовые перерождались в клетки эпидермиса.
Из этих наблюдений был сделан вывод о том, что трансплантируемые стволовые клетки хорошо «помнят» о своем предназначении. Однако после попадания в другое клеточное окружение они как бы перепрограммируются и обретают новую идентичность за счет смены геномной «ориентации».
Все это имеет огромное значение для онкологии – в частности, для специалистов, занимающихся раком кожи, поскольку сегодня хорошо известно, что опухоли тоже развиваются из стволовых клеток, прошедших мутантную инициацию. При этом геномная нестабильность злокачественных клеток настолько велика, что при попадании метастазов даже в другое клеточное окружение они не теряют своей идентичности. Это можно объяснить тем, что трансформированные геномы не способны улавливать регулирующие сигналы со стороны новых соседей. Таким образом получение потовых железок из стволовых клеток открывает новую страницу изучения межклеточных взаимодействий, регулирования геномов и поиска новых мишеней для будущих противораковых лекарств.
Дарья Гармоненко