Ученые выяснили, почему некоторые клетки с удвоенной ДНК отказываются умирать

Новое исследование показывает, что клетки с удвоенной ДНК могут иметь кардинально разное будущее в зависимости от того, как именно произошел сбой деления. Некоторые аномальные клетки остаются стабильными и выживают — это открытие может помочь объяснить, как некоторые виды рака сохраняются и возвращаются. Credit: Shutterstock

Каждую секунду в организме человека бесчисленное количество клеток делится, создавая новые. Это один из важнейших биологических процессов, зависящий от слаженной работы тысяч молекул. Но иногда этот процесс дает сбой неожиданным образом.

Прежде чем клетка разделится на две, она должна скопировать всю свою ДНК, чтобы каждая новая клетка получила полный генетический «чертеж». В некоторых случаях ДНК копируется успешно, но клетка так и не разделяется полностью. В результате образуется одна клетка с двойным набором ДНК — состояние, известное как удвоение всего генома (WGD).

Проще всего представить это так: вы делаете две копии документа, но по ошибке кладете обе в одну папку, вместо того чтобы разложить по разным.

Ученым давно известно, что удвоение генома может иметь серьезные последствия. Клетки с лишней ДНК могут перестать нормально функционировать, стать неактивными, погибнуть, трансформироваться в другие типы клеток, накапливать возрастные повреждения или способствовать развитию болезней, включая рак.

Два разных пути клеточной «неудачи»

Исследователи из Университета Хоккайдо решили выяснить, влияет ли конкретный способ, которым клетка «проваливает» деление, на ее дальнейшую судьбу.

Команда сосредоточилась на двух основных причинах удвоения генома: нарушении цитокинеза и митотическом проскальзывании.

При нарушении цитокинеза клетка проходит почти весь процесс деления, но дает сбой на финальном этапе — физическом разделении на две отдельные клетки. При митотическом проскальзывании клетка начинает процесс деления, но выходит из него слишком рано, до того, как ее хромосомы правильно разделились.

«Хотя удвоение всего генома происходит в результате множества клеточных процессов, до сих пор было неясно, влияют ли различия в этих путях на характеристики получившихся клеток», — говорит доцент Рёта Уэхара, автор исследования.

Несмотря на то, что обе ошибки оставляют клетки с удвоенной ДНК, исследователи обнаружили, что последствия кардинально различаются.

Почему некоторые клетки с удвоенной ДНК выживают

Используя покадровую съемку живых клеток и методы мечения специфических хромосом, ученые отследили поведение клеток после удвоения генома, вызванного двумя разными механизмами.

Клетки, образовавшиеся в результате нарушения цитокинеза, оказались гораздо более стабильными и имели больше шансов на выживание. Клетки, полученные в результате митотического проскальзывания, напротив, часто демонстрировали неравномерное распределение хромосом и более низкую выживаемость.

Исследователи выяснили, что ключевым фактором этих различий является организация хромосом.

При митотическом проскальзывании хромосомы часто распределяются неравномерно, создавая серьезный генетический дисбаланс, который снижает способность клетки к выживанию. При нарушении цитокинеза распределение хромосом остается более сбалансированным, что позволяет клеткам сохранять стабильность.

Команда также обнаружила, что при экспериментальном улучшении разделения хромосом в клетках, подвергшихся митотическому проскальзыванию, их жизнеспособность значительно возрастала.

Последствия для исследований рака

Эти результаты могут иметь важное значение для лечения и профилактики рака.

Удвоение генома часто встречается в раковых клетках, и некоторые виды противораковой терапии могут непреднамеренно вызывать его. Клетки, выжившие после получения лишней ДНК, могут продолжать размножаться и потенциально способствовать рецидиву опухоли.

Новое исследование предполагает, что воздействие на процессы разделения хромосом может помочь предотвратить выживание и рост аномальных клеток.

«Существуют разные механизмы, приводящие к удвоению генома, но их различные последствия в значительной степени игнорировались, — говорит Уэхара. — Мы бросили вызов этому традиционному взгляду, сравнив клетки, образовавшиеся разными путями, и обнаружили, что эти различия могут влиять на поведение клеток в долгосрочной перспективе».

Источники:

Материалы предоставлены Университетом Хоккайдо.

Масая Иноко, Гуан Ян, Юки Цукада, Рёта Уэхара. Разделение сестринских хроматид определяет пролиферативные свойства при удвоении всего генома через расположение гомологичных хромосом. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2026; 123 (16) DOI: 10.1073/pnas.2524135123