Механическое воздействие на ткани меняет свойства ДНК  

Учёные обнаружили, что механическая деформация стволовых клеток приводит к физическому изменению формы ядер и перестройке ДНК. Данный механизм необходим для защиты ДНК от повреждений.

Ежедневно наши ткани, например кожа и мышцы, растягиваются и сжимаются, не причиняя вреда клеткам или ДНК. Группа исследователей из Института биологии старения им. Макса Планка (Max Planck Institute for the Biology of Ageing) и Хельсинкского университета (University of Helsinki) под руководством Сары Викстрем (Sara Wickström) обнаружила, что клетки защищают себя от такого стресса не только деформацией клеточных ядер, но и размягчением самого генетического материала.

Защита генетического кода имеет решающее значение для здоровья человека. Мутации в ДНК приводят к разнообразным заболеваниям, таким как нарушение развития или рак.

«Большинство наших тканей содержат долгоживущие тканеспецифичные стволовые клетки. Их функция имеет решающее значение для функционирования и поддержания тканей. В виду их продолжительной жизни крайне важно, чтобы геном данных клеток был надёжно защищен от мутаций, предотвращая такие заболевания как рак», — говорит Михель Нава (Michele Nava), ведущий автор исследования, результаты которого опубликованы в Cell.

«О роли химических веществ и облучения в индуцировании повреждения ДНК известно многое, но как физическое воздействие приводит к повреждениям ДНК, и какие механизмы могут существовать, чтобы защитить от этого клетки, пока неизвестно», — объясняет Нава.

Чтобы изучить как ДНК реагирует на механическую деформацию, Нава, Екатерина Мирошникова (Yekaterina A. Miroshnikova) и их коллеги использовали специальное механическое устройство для воздействия на стволовые клетки кожи и мышц аналогичными механическими растяжениями, которые они испытывают внутри тканей.

В результате растяжения и ядро, и ДНК реорганизовались и изменили свои механические свойства, став мягче.

«Было очень увлекательно обнаружить, что мы можем изменять физические свойства ДНК просто механически воздействуя на стволовые клетки. Еще более поразительным было то, что если мы экспериментально препятствовали этим изменениям, то ДНК стволовых клеток получала повреждения, указывающие на то, что мы открыли важный защитный механизм», — говорит Мирошникова, которая руководила исследованием вместе с Навой и Викстрем.

При более детальном изучении клеточного механизма реакции стволовых клеток на растяжение, Нава, Мирошникова и их коллеги обнаружили, что при воздействии механического растяжения в течение более длительных периодов времени вся ткань ориентируется в направлении действия силы. Эта ориентация в масштабе ткани предотвращает деформацию ядра и его ДНК, позволяя им восстановить свое первоначальное состояние. Таким образом, такая ориентация на тканевом уровне служит долговременной механозащитой.

Исследователи также заметили, что раковые клетки были менее чувствительны к механическому растяжению, чем здоровые стволовые клетки, из-за различного уровня ключевых ядерных белков.

«Стоит отметить, что двумя главными признаками рака является генетическая нестабильность, т. е. частое возникновение новых мутаций, а также нечувствительность к контролю с помощью сигналов извне. Главная будущая цель нашей лаборатории состоит в том, чтобы понять, как дефекты в этом открытом недавно пути могут способствовать образованию рака и как рак может использовать физические свойства, чтобы избегать механизмов контроля ткани», — говорит Сара Викстрем.