Исследование, опубликованное в журнале Nature, посвящено Haloferax volcanii — части семейства одноклеточных организмов, называемых архей, которые до недавнего времени считались типом бактерий.Выводы, проведенные учеными из Школы наук о жизни Университета, могут предложить новое понимание того, как дефектные клетки могут бесконтрольно размножаться при таких заболеваниях, как рак.
Их открытие произошло в тот же год, что и 50-летие важной вехи в области репликации ДНК — презентации модели репликона на симпозиуме по репликации ДНК в Колд-Спринг-Харбор в 1963 году Франсуа Жакобом, который позже был удостоен Нобелевской премии в области репликации. Медицина.Доктор Торстен Аллерс сказал: «К сожалению, в этом году скончался Франсуа Жакоб, но спустя 50 лет после того, как эта теория была представлена, она все еще направляет исследования репликации ДНК.
«В связи с этим юбилеем наша статья в Nature весьма своевременна. Мы показали, что у некоторых организмов источники репликации — генетические переключатели, которые контролируют репликацию ДНК — не только не нужны, но и клетки действительно будут расти быстрее, когда этих источников нет.
Это совершенно неожиданно и заставило нас пересмотреть один из краеугольных камней ДНК-биологии ».Статья «Ускоренный рост при отсутствии происхождения репликации ДНК» была написана в соавторстве с доктором Торстеном Аллерсом, доктором Конрадом Ниедушински и доктором Мишель Хокинс из Школы естественных наук Университета в сотрудничестве с доктором Суниром Малла и доктором Мартином Блайтом из DeepSeq, Современная школьная лаборатория глубокого секвенирования ДНК.
Археи были первоначально обнаружены в экстремальных условиях и могут выжить при очень высоких или очень низких температурах или в очень соленой, кислой или щелочной воде. Они образуют одну из трех отдельных ветвей жизни вместе с бактериями и эукариотами, которые являются многоклеточными организмами, включая людей, других животных, растения и грибы. Было обнаружено, что на генетическом уровне археи более тесно связаны с эукариотами и, следовательно, с людьми, чем с бактериями. Солеволюбивый Haloferax volcanii, изучаемый учеными из Ноттингема, происходит из Мертвого моря.
Доктор Аллерс добавил: «Хотя археи выглядят как бактерии и ведут себя как бактерии, на самом деле они более тесно связаны с нами. В чем мы действительно видим сходство, так это когда мы смотрим на ферменты, которые отвечают за репликацию ДНК, и поэтому мы подумали, что это будет интересная система для работы. У нас есть что-то живое, но не то, что мы знаем: снаружи они похожи на бактерии, а внутри они похожи на нас ".«Мы обнаружили, что для этого типа архей модель репликона Франсуа Якоба, предложенная 50 лет назад и считавшаяся абсолютно фундаментальной для жизни, не всегда верна».Чтобы размножаться, все формы жизни должны скопировать свою ДНК, прежде чем клетка сможет делиться.
Они делают это через серию «источников репликации», которые расположены вокруг их хромосом и с которыми связываются белки, чтобы запустить процесс репликации.У эукариот, таких как люди, если эти источники репликации удалены, это предотвращает репликацию и в конечном итоге приводит к гибели клеток.
Тем не менее, исследование в Ноттингеме, финансируемое Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC) и Королевским обществом, показало, что Haloferax volcanii может спонтанно запускать цепную реакцию репликации вокруг всех своих хромосом, даже если источники его репликации были устранены. .Кроме того, ученые обнаружили, что археи, не имеющие хромосомного происхождения, не только не оказались в невыгодном положении из-за необходимости использовать этот новый метод выживания, но и росли быстрее.«Удивительная вещь, которую мы обнаружили, заключалась не только в том, что удаление источников все еще позволяло клеткам расти, но и в том, что теперь они фактически росли почти на 10 процентов быстрее. Все думали: «А где же подвох?» Но мы не нашли ни одной », — сказал д-р Конрад Ниедушинский.
«Способ, которым клетки инициируют этот процесс репликации, заключается в использовании формы восстановления ДНК, которая существует у всех нас, но они просто используют этот процесс для другой цели. Используя этот механизм, они запускают репликацию одновременно на нескольких участках хромосомы ».Поскольку кажется, что происхождение не является необходимым для Haloferax volcanii, ученые полагают, что происхождение репликации в этом организме может быть примером « эгоистичного гена », приносящего пользу источникам, давая возможность непрерывно реплицироваться, не предлагая при этом никаких преимуществ для самого организма. .Для людей очень важно, чтобы мы могли регулировать этот процесс репликации ДНК, чтобы наши хромосомы копировались только один раз перед делением клетки, иначе это может привести к генетическим заболеваниям, включая рак.Когда раковые клетки развиваются, они больше не регулируют копирование своего генома — это происходит из-за мутаций в генах, контролирующих этот процесс.
Потеря контроля репликации приводит к тому, что раковые клетки создают более двух копий своих хромосом, что у них общего с тем, что ученые наблюдали в Haloferax volcanii.Доктор Аллерс сказал: «Ученые считают, что раковые клетки возвращаются к более примитивному состоянию без этих форм контроля.
Так они напоминают Haloferax volcanii. Еще одна отличительная черта раковых клеток — это то, что они растут быстрее, чем обычные клетки, и могут быстро захватить организм. Это похоже на то, что мы наблюдаем — когда вы не регулируете репликацию ДНК и отказываетесь от обычных сдержек и противовесов, вы можете иметь нерегулируемый и более быстрый рост ».
Если в будущем мы сможем понять этот механизм, это может дать нам представление о том, как раковые клетки могут избежать нормального регулирования и контроля. Он может даже определить новые цели для уничтожения раковых клеток, не нанося вреда нормальным клеткам.