Учёные обнаружили «невозможный» механизм выживания клеток, который может помочь в борьбе с раком

Молекулярный генетик из Университета штата Монтана (MSU) обнаружил ранее неизвестный механизм выживания, позволяющий клеткам млекопитающих производить аминокислоту цистеин даже тогда, когда клеточные системы, обычно отвечающие за её поставку, перестают работать. Ранее учёные считали такое выживание невозможным. Исследование опубликовано в журнале Nature Chemical Biology и в перспективе может подсказать новые способы сделать некоторые виды рака более уязвимыми для лечения.

«Всем клеткам для поддержания жизни нужен постоянный запас аминокислоты под названием цистеин, — заявил ведущий автор работы Эд Шмидт, профессор генетики и развития департамента микробиологии и клеточной биологии Колледжа сельского хозяйства MSU. — При этом цистеин недоступен вне клеток».

Цистеин выполняет в клетках несколько важных задач: участвует в синтезе белков, помогает клеткам защищаться от повреждений и способствует образованию дисульфидных связей, которые стабилизируют белки и поддерживают их трёхмерную структуру.

Десятилетиями исследователи полагали, что клетки не могут просто получать цистеин из окружающей среды — они должны производить его внутри, расщепляя цистин, окисленную форму цистеина. Обычно это происходит с помощью так называемой системы дисульфидредуктаз. Учёные долго считали, что наличие хотя бы одной работающей версии этой системы абсолютно необходимо для жизни клетки.

«Учёные давно верили, что этот процесс абсолютно необходим для всех живых клеток, — сказал Шмидт. — Однако мы обнаружили ранее неизвестную систему в клетках млекопитающих, которая может взять на себя работу, когда основные системы отказывают».

Открытие складывалось из трёх этапов на протяжении девяти лет. Первая важная подсказка появилась в 2014 году, когда колония генетически модифицированных мышей выжила в условиях, которые, согласно тогдашним научным представлениям, должны были быть смертельными. У этих мышей отсутствовал какой-либо известный механизм превращения цистина в необходимый клеткам цистеин.

«Это должно было быть невозможно, — сказал он. — Никогда не было найдено ни одного живого организма или клетки, способных жить без работающей системы дисульфидредуктаз».

Это не было случайным наблюдением: ранее Шмидт создал мышей, у которых клетки печени по отдельности лишались одной из двух основных дисульфидредуктаз. Поведение этих животных заставило его усомниться в господствовавшем предположении о выживании клеток.

На поиск объяснения ушло ещё семь лет. Команда Шмидта работала совместно с Петером Надем и его группой из Венгерского национального института онкологии в Будапеште. Группа Надя предоставила аналитические возможности, которые помогли определить, как клетки всё ещё получали цистеин из цистина, несмотря на отсутствие работающей системы дисульфидредуктаз.

Выяснилось, что у клеток млекопитающих есть альтернативный химический путь. Когда обычный путь с участием дисульфидредуктаз недоступен, этот резервный механизм разрывает соседнюю углерод-серную связь внутри цистина, и в результате высвобождается цистеин, который клетка может использовать.

По словам Шмидта, эта резервная система изначально могла возникнуть как защита от электрофильных токсинов — органических молекул, которые организмы производят как химическое оружие против хищников или конкурентов. Давая клеткам дополнительный способ переживать химический стресс, новый путь мог дать эволюционное преимущество ранним многоклеточным организмам.

Однако тот же механизм, защищающий здоровые клетки, может иметь и менее полезное следствие. Исследователи подозревают, что некоторые раковые клетки могут использовать этот резервный путь, чтобы выживать после химиотерапии, лучевой терапии или иммунотерапии.

«Этот же путь, который защищает наши клетки от оксидантов или токсинов, вероятно, защищает и раковые клетки от терапии, — сказал Шмидт. — Теперь, когда мы знаем, что у них есть этот защитный механизм, возможно, мы сможем точечно отключать его в опухолях, делая их более восприимчивыми к лечению».

Если учёные научатся избирательно вмешиваться в этот путь в опухолях, открытие в перспективе может дать ещё один способ повысить эффективность существующих методов лечения рака.

В исследовании участвовали несколько студентов Университета штата Монтана. Зои Сифорд и Сидни Остад были соавторами первой величины и выполняли работу как студенты бакалавриата в лаборатории Шмидта. Мартина Серрано Альварес и Рид Нойд также участвовали, будучи студентами, а Колин Миллер внёс вклад как докторант.

«Это научное достижение подчёркивает силу исследований, способных переопределить то, что мы считали возможным, и продвинуть новые подходы к лечению рака, — сказала Шрикала Баджва, декан сельскохозяйственного колледжа. — Я поздравляю доктора Шмидта и его команду с выдающимся результатом и с привлечением студентов в качестве настоящих партнёров в исследованиях, имеющих глобальное значение».

Шмидт присоединился к Университету штата Монтана в 1999 году. Его исследования охватывают регуляцию генов, физиологию клеток и организмов, генетику мышей, эмбриологию, биохимию, метаболизм и лабораторных мышей с генетически изменённой ДНК.

Источники:

Материалы предоставлены Montana State University.

Edward E. Schmidt, Eszter Petra Jurányi, Colin G. Miller, Sydney A. Austad, Tamás Ditrói, Zoe M. Seaford, Sang Jun Yoon, Reed C. Noyd, Yun Pyo Kang, Justin R. Prigge, Vivien Csikós, Martina Serrano Alvarez, Katalin Erdélyi, Dóra Kővári, Gina M. DeNicola, Peter Nagy. Cystine C–S bond cleavage fuels cysteine production under disulfide reductase deficiency. Nature Chemical Biology, 2026; DOI: 10.1038/s41589-026-02213-1