Почему организмы знают свой предел

3D-печать костной ткани. Фото Physorg

Ученые всего мира напряженно работают над решением проблемы неуправляемого роста клеток, которые приобретают гигантские размеры. В основе этого процесса может лежать полиплоидия, или кратное увеличение хромосомных наборов. При этом нарушается организация цитоскелета, образованного переплетением белковых волокон. К сожалению, применение химиотерапии только увеличивает число таких клеток как минимум в три раза. Полиплоидия придает гигантским клеткам большую жесткость и в то же время увеличивает их миграционный потенциал.

Для борьбы с побочными эффектами лечения в Массачусетском технологическом институте (МИТ) использовали методы компьютерного анализа, что позволило резко снизить дозы четырех лекарств. Об этом ученые МИТ рассказали на конференции в Стэнфорде, посвященной применению машинного обучения в здравоохранении. А специалисты Еврейского университета в Иерусалиме создали новое лекарство, которое уменьшило объем перевитого процесса у мышей на 50%. Известно, что костный мозг является не только органом кроветворения, но и хранилищем стволовых клеток (HSC – Hemo Stem Cells). Новое лекарство из Иерусалима «бьет», подобно кассетной бомбе, сразу по нескольким протеиновым ферментам: энергоемкие фосфатные группы попадают на белки, включающие клеточное деление.

Вся крепость нашего скелета обеспечивается цементом (СРС, Calcium Phosphate Cement) на основе фосфата кальция, в матриксе которого пребывают костные клетки – остеобласты. Использовать это обстоятельство решили биоинженеры Технического университета в Дрездене, разработавшие биопринт кости. Они получили костную ткань с помощью 3D-печати. По ходу печати кости на 3D-принтере исследователи добавили также хондрогенез, или образование хрящевой ткани, без которой невозможно соединение костей в суставах (стволовые клетки хряща «переходят» в костные под действием гормона щитовидной железы). В качестве «заправки» для картриджа 3D-принтера ученые использовали клетчатку, получаемую из водорослей.

Один из парадоксов биологии – унифицированный размер клеток, который не увеличивается с ростом животного в ряду мышь–человек–слон–кит. Почему же тогда у гигантских обитателей африканских саванн, азиатских джунглей и океанских просторов не образуется гигантских полиплоидных клеток? Ответ довольно прост: дело в том, что природа в случае со слонами пошла по пути увеличения не хромосомных, а генных копий гена Lif – белкового фактора подавления лейкемии. У слона таких копий, как оказалось, восемь, а чрезмерную их активность сдерживает белок р53.

Гигантская клетка, слева вверху черта 10 микрон показывает средний размер обычных клеток. Фото Physorg

Усилиями биоинформатиков из МГУ им. М.В. Ломоносова, Института молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта и протеинщиков из Института белка, работавших в сотрудничестве со специалистами Института детского здоровья в вашингтонском пригороде Бетезда, удалось раскрыть механизм повышенной активности генов, нарушения которых приводят к аутизму и… нежелательным разрастаниям. Известно, что для синтеза белков необходима информационная РНК (иРНК). Но прежде чем начнется этот синтез, молекула иРНК должна соединиться с рибосомой, для чего существуют как минимум три протеина – белковый фактор удлинения белковой цепи (elF), DENR (Density Regulated), регулируемый плотностью клеток, и МСТ (MonoCarboxylate Transporter), транспортирующий органические молекулы на конце аминокислот.

Есть и другие белки, которые необходимы для нормального функционирования рибосом, нарушение которого ведет к аномальному соединению нервных отростков (читай – аутизму) и несдерживаемым делению и росту клеток. Один из таких белков – Mdm, название которого требует долгого объяснения. Гораздо важнее то, что Mdm определенным способом блокирует действие все того же р53. Свою статью в журнале авторы совместной публикации завершают выводом: «…Эти результаты свидетельствуют о решающей роли указанных протеинов в ресайклинге рибосомальных субъединиц, а также в остановке и реинициации работы рибосом».

Пока трудно сказать, как полученная информация может помочь при «исправлении» аутизма, но белки могут стать мишенями для будущих лекарств и при разработке таргетных терапий.