Исследование, опубликованное в онлайн-журнале eLife, освещает основы биологии стволовых клеток и предлагает новый молекулярный механизм контроля над ними. Стволовые клетки обладают регенерирующими свойствами, которые могут произвести революцию в медицине, но этот потенциал еще далек от реализации, поскольку слишком мало известно о том, как эти клетки работают.
Исследование также указывает на лучшее понимание того, как раковые клетки могут поддерживать быстрое деление клеток, не вызывая их гибель.«Подобные исследования помогают объяснить основную биологию быстро делящихся клеток и могут дать информацию для разработки будущих методов лечения, например лечения стволовыми клетками или лечения рака», — сказал старший автор исследования Джин Кук, доктор философии, профессор биохимии и биофизики в UNC и член онкологического центра UNC Lineberger.Исследование было сосредоточено на кластере белков, называемом комплексом поддержания минихромосом (MCM), который, как известно, является решающим фактором в делении клеток. Клетка готовится к процессу деления, частично загружая комплексы MCM на свои хромосомы.
Эти комплексы необходимы для правильной раскрутки хромосомной ДНК во время деления клетки, чтобы из исходного набора могли быть сформированы два новых набора хромосом — по одному для каждой дочерней клетки.«Если загрузка MCM не будет успешно завершена до деления клеток, возникнет риск серьезных мутаций ДНК и смерти образовавшихся дочерних клеток», — сказал первый автор исследования Джейкоб Матсон, кандидат наук в лаборатории Кука, который выполнил больше всего экспериментов в течение трех лет.Несмотря на важность загрузки MCM, типы клеток сильно различаются по времени, необходимому для подготовки к делению клеток.
Стволовые клетки, например, проходят эту подготовительную фазу, известную как фаза G1 клеточного цикла, за небольшую часть времени, затрачиваемого более зрелыми, «дифференцированными» клетками, такими как, скажем, клетки кожи или сердца. мышечные клетки. Как стволовым клеткам удается быстро пройти через фазу G1, не рискуя неполной загрузкой MCM и, как следствие, повреждением ДНК, оставалось загадкой.
Одна из возможностей состоит в том, что стволовые клетки каким-то образом поддерживают более высокую скорость загрузки MCM, так что они могут выполнять необходимую загрузку в своих более коротких окнах G1. Для исследования исследователи использовали чувствительный тест, который они разработали для измерения скорости загрузки MCM. Они обнаружили, что стволовые клетки действительно загружают комплексы MCM намного быстрее, чем зрелые дифференцированные клетки.
Фактически, химическое принуждение этих стволовых клеток к дифференцировке в более зрелые клетки заметно замедляет скорость загрузки MCM созревающих клеток.Сочетание загрузки MCM и дифференцировки клеток работало и в другом направлении.«Индуцирование более медленной загрузки MCM в стволовых клетках привело к их более быстрой дифференцировке», — сказал Мэтсон.
Результаты показывают, что скорость загрузки MCM является важным фактором в развитии клеток, и что быстрая загрузка MCM, в частности, является тем, что делают стволовые клетки, чтобы поддерживать себя в незрелом состоянии стволовых клеток.Полученные данные также намекают на то, что индукция быстрой загрузки MCM в более зрелых клетках может помочь превратить их обратно в стволовые клетки. «Перепрограммирование» обычных клеток в стволовые, известное как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, в настоящее время регулярно проводится в лабораториях по всему миру и рассматривается как потенциальный будущий источник стволовых клеток для лечения. Но стандартные методы, используемые для этого перепрограммирования, не так эффективны, как хотелось бы исследователям.
«Возможно, искусственное ускорение загрузки MCM сделает этот процесс перепрограммирования более эффективным», — сказал Кук.Сейчас она и ее коллеги пытаются лучше понять биологические механизмы, с помощью которых клетки повышают или понижают скорость загрузки MCM.
Исследователи UNC в настоящее время также изучают роль показателей нагрузки MCM при раке. Например, некоторые раковые клетки очень склонны к ошибкам ДНК при делении. Кук и его коллеги подозревают, что в некоторых случаях эта «геномная нестабильность» возникает из-за неспособности клеток увеличить скорость загрузки MCM по мере ускорения деления клеток.Другие раковые клетки, особенно со стволовыми свойствами, могут преуспеть в повышении скорости загрузки MCM, чтобы оставаться жизнеспособными.
Если это так, лекарства, снижающие скорость загрузки MCM, могут заставить такие раковые образования перейти в более медленное, менее злокачественное состояние или даже убить их, сделав их уязвимыми для избыточного повреждения ДНК во время деления клеток.Кук добавил: «Мы подозреваем, что быстрая загрузка MCM является важным аспектом того, как раковые клетки могут быстро расти без чрезмерного повреждения своей ДНК.
Это цель, к которой стоит стремиться».