Научные достижения химического факультета
01.11.2018

Биохимики из МГУ открыли новый белок, защищающий клетки от гибели

Российские учёные обнаружили новое свойство теломеразной РНК. Это один из ключевых компонентов клеточного фермента -- теломеразы. Оказалось, теломеразная РНК кодирует белок, помогающий клеткам человека сопротивляться стрессу. Открытие биохимиков поможет в борьбе с онкозаболеваниями и, возможно, приблизит создание эффективных омолаживающих средств.

В последние годы большое внимание уделяется исследованиям, посвященным старению и омоложению человеческого организма. Направление тесно связано с пониманием механизма клеточного деления и способности клеток противостоять стрессовым воздействиям, вызываемым как различными видами излучения, так и токсическими веществами или недостаточным питанием клетки. Большинство клеток способно делиться только ограниченное количество раз. Происходит это потому, что концевые участки ДНК, удваивающиеся при каждом акте деления, с каждым таким актом теряют повторяющиеся участки – теломеры. Как только их количество на конце ДНК становится критически малым, дальнейшее деление становится невозможным, клетка погибает.

Однако науке известны клетки, способные практически к неограниченному делению.  Применительно к человеческому организму это эмбриональные клетки, а в случае зрелого организма такая способность есть у стволовых и раковых клеток. Как показали исследования, в их ядрах активен особый фермент – теломераза, которая достраивает теломеры на концах ДНК и таким способом неограниченно увеличивает количество циклов деления клетки.  До недавнего времени считалось, что  теломеразная РНК, входящая в состав теломеразы, является некодирующей, то есть не участвующей в синтезе белка в клетке.

Группе учёных химического факультета МГУ под руководством доктора химических наук, профессора, академика РАН Ольги Анатольевны Донцовой в тесном взаимодействии с НИИ физико-химической биологии имени Белозёрского МГУ имени Ломоносова,  Сколковского института науки и технологии, Института молекулярной биологии им. В. А. Энгельгардта РАН, Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и ФГБУ ФНКЦ ФХМ ФМБА России удалось показать альтернативную роль теломеразной РНК в соматических клетках человека. Она присутствует в их цитоплазме в неактивной форме и не может участвовать в наращивании теломерной ДНК, однако при этом повышение содержания теломеразной РНК в клетках влияет на их стрессоустойчивость.  Оказалось, что теломеразная РНК всё-таки кодирующая, она кодирует синтез белка ( hTERP) , который, как было показано методами иммуноблоттинга, иммунофлуоресцентной микроскопии и масс-спектрометрии,  присутствует в  клетках и состоит из 121 аминокислоты.

Биохимики искусственно повышали содержание этого белка в клетках, а затем обрабатывали их веществами, повреждающими ДНК. Оказалось, что hTERP защищает клетки от гибели в результате апоптоза (то есть, распада на отдельные тельца, ограниченные мембраной), развивающегося в ответ на повреждения ДНК. Дальнейшие исследования позволили обнаружить, что hTERP участвует в модуляции так называемой аутофагии - в этом случае клетка переваривает свою часть, "пришедшую в негодность", но выживает.

Изучение аутофагии имеет прикладное значение в исследовании механизмов омоложения организма при помощи радикальных диет: считается, что клетки, ограниченные в питании, утилизируют собственные белки, в которых со временем присутствует всё больше дефектов. Другой не менее важный аспект исследования механизмов аутофагии затрагивает ее роль в опухолеобразовании. Считается, что на ранних этапах этого процесса аутофагия снижает риск возникновения опухоли, но по мере прогрессии опухолеобразования тот же механизм способствует выживанию раковых клеток в различных стрессовых условиях.

 "Белков, защищающих клетки от стрессовых воздействий, достаточно много, -  пояснила один из авторов работы, доцент Химического факультета  МГУ имени Ломоносова, кандидат химических наук, Мария Рубцова. – Открытие нового белка интересно именно тем, что он найден в РНК, которая раньше считалась некодирующей.  Её очень активно при этом исследуют как компонент теломеразы. Мы открыли, что она может иметь и другую функцию, если находится не в ядре клетки, а в её цитоплазме. Изучение всех свойств теломеразы может приблизить учёных к созданию "эликсира молодости" и содействовать в борьбе с раковыми заболеваниями".

Результаты исследования опубликованы в журнале Nucleic Acids Research.