В клетках млекопитающих обнаружен мини-орган, защищающий геном от атак

Фото из открытых источников

Новый мини-орган в клетках млекопитающих представляет собой ловушку, которая захлопывается вокруг крошечных колец ДНК. Ученые полагают, что это может быть встроенная система защиты генома и пережиток времен, когда еще не существовало сложных клеток. 

 

Все животные, растения и грибы являются эукариотами, то есть их клетки содержат ДНК в специальном отсеке, называемом ядром. Но некоторая часть клеточной ДНК существует за пределами этой структуры, в заполненном жидкостью теле клетки, называемом цитоплазмой. Кроме того, в цитоплазму может попасть чужеродный генетический материал вирусов и бактерий.

 

Ученые не до конца понимают, как эти свободно плавающие кусочки генетического материала удерживаются вдали от ядра и почему они быстро разлагаются, если чертежи этого материала не используются для создания белков.

 

Но в недавнем исследовании, которое было опубликовано в журнале Molecular Biology of the Cell, ученые выявили уникальную структуру, которая может помочь объяснить, как клетки могут удерживать эту ДНК подальше от ядра.

 

Эта ДНК заключена в невиданной ранее структуре, которую исследователи назвали «эксклюзивной». Исследователи предполагают, что процесс, который эта возможная новая органелла или специализированный клеточный отсек использует для улавливания ДНК, может быть связан с тем, как развивалось ядро в ранних эукариотических клетках.

 

По словам исследователей, полученные результаты могут пролить свет на то, как клетки реагируют на захватчиков, а также на развитие рака и аутоиммунных заболеваний.

 

«Если ДНК попадает в человеческую клетку, то у клетки появляется… защитная система», что означает, что «ДНК захватывается цитоплазмой», — сказала старший автор исследования Рут Крошевски из Института биохимии ETH Zurich в Швейцарии.

 

Крошевски и ее коллеги ввели крошечные петли ДНК, называемые плазмидами, в различные типы человеческих клеток, включая клетки, выращенные из донорской ткани, и клетки HeLa — первую «бессмертную» клеточную линию, полученную из раковых клеток женщины по имени Генриетта Лакс. Они обнаружили, что в каждом случае вокруг плазмиды образуется двойная мембрана, образующая структуру, которую они называют эксклюзивной.

 

Внутри структуры они также обнаружили генетический материал, который кодирует теломеры — «колпачки» на концах хромосом, которые защищают ДНК от разрушения. Эта теломерная ДНК может образовать кольца, которые плавают вокруг клетки.

 

Как и ядро, эксклюзивома имеет двойную мембрану и некоторые из тех же белков. Но ему не хватает других элементов, таких как комплексы ядерных пор — структуры, которые пропускают в ядро только молекулы. Исследователи также обнаружили, что эксклюзивомы оставались в клетке на протяжении нескольких циклов клеточного деления, но не попадали в новые клетки, образующиеся в этом процессе.

 

Процесс захвата плазмид может быть эволюционным пережитком клеточного механизма, который помог сформировать первые ядерные мембраны вокруг хромосомной ДНК. Но исключительные виды кажутся уникальными в том смысле, что они захватывают только тот генетический материал, который клетка считает потенциально опасным или ненужным.

 

По словам Крощевски, «исключенные особи» также могут играть роль в аутоиммунных заболеваниях. Если ДНК патогена остается в клетке еще долгое время после того, как захватчик ее ввел, это может сказать клеткам, что инфекция все еще существует, с которой необходимо бороться.