Около 80-90% случаев онкологических заболеваний связаны с неполадками в ДНК-репарирующих системах.
Биологические часы – важнейшая и в некотором смысле загадочная часть жизненного процесса. От них зависят многие аспекты функционирования живого организма – обмен веществ, иммунитет, размножение, сон, работа внутренних органов и т. д. Наблюдать работу биологических часов проще всего на примере растений: так, у различных видов цветки раскрываются в определённое время суток – у кого рано утром, у кого днём, а у иных растений даже с наступлением ночи. Но от биологических часов зависит жизнь не только растений, но и остальных организмов, в том числе человека.
Выяснено, что даже на молекулярном уровне, на уровне нуклеиновых кислот и белков, работа организма подчинена определённому временнóму ритму.
Азиз Санджар из Университета Северной Каролины долгое время занимался вопросом того, как связаны биологические часы и восстановление повреждённой ДНК. Недавно его исследование в этом направлении дало результат – определённая взаимосвязь была установлена. Надо сказать, что Санджар – крупный современный учёный в области клеточной биологии, получивший в 2015 году Нобелевскую премию по химии; тогда его премия тоже была связана с процессом «ремонта» клеткой своей ДНК.
Этот процесс в науке называется репарацией. ДНК является весьма прочной структурой, однако в ней тоже нередко образуются дефекты. Цепочки рвутся, на месте правильных сегментов появляются другие – неправильные. Поэтому для клетки очень важно своевременно восстанавливать свою ДНК, и этот процесс идёт почти без остановок.
Теперь же было установлено, что процесс «ремонта» своей нуклеиновой кислоты клетка осуществляет по часам. Чтобы это установить, учёные проводили эксперименты, в которых задействовали цисплатин – особое соединение платины, которое обладает способностью соединяться с цепью ДНК и портить её структуру. Отдельные цепочки ДНК, соединённые с цисплатином, прочно сшиваются друг с другом, сцеплению подлежат и фрагменты одной цепочки.
Молекула ДНК, как все мы знаем из школьной программы, состоит из двух цепочек, соединённых друг с другом. В норме они соединены водородными связями, которые являются достаточно слабыми, их легко разорвать. Такое строение не случайно: молекулярные механизмы должны постоянно отсоединять цепи друг от друга, чтобы прочитать закодированную в них информацию; это необходимо для размножения, синтезирования белков и других процессов. Если же между цепочками образуются прочные, неразрывные связи, то эти механизмы уже не могут прочитать информацию и приступить к необходимым действиям. Сшивки внутри одной цепи также мешают этим механизмам считывать информацию и строить копии ДНК.
Цисплатин давали подопытным мышам, а затем изучали процесс репарации дефектов в молекулах ДНК их клеток. Оказалось, что из всех 2000 найденных фрагментов, поражённых цисплатиновыми связями, некоторые подвергаются ремонту в одно время суток, а другие – в другое. Восстанавливающие ферменты в разных случаях работали и с разными особенностями.
Как уже было сказано, для создания РНК-копии молекула ДНК должна быть расплетена. Но шаблоном для копии служит только одна из расплетённых нитей. Так вот, её ремонт клетка осуществляет либо перед закатом, либо перед рассветом, в зависимости от того, какой ген поражён. Если же требуется восстановить вторую нить, не используемую в качестве шаблона, то её ремонтируют всегда перед закатом, независимо от гена. Репарация ДНК происходит и в другие часы, но в разное время она осуществляется с разной активностью. И такие изменения активности тоже зависят от времени суток.
Почему так происходит, в точности пока неизвестно. Молекулярные основы биологических часов не так давно были изучены, и за эту работу тоже была получена Нобелевская премия. Оказалось, что суточные физиологические процессы обусловлены активацией в те или иные часы определённых генов (cуточный ритм для экспериментов с фауной можно воспроизвести на стеллаже для выращивания растений). Поэтому можно предположить, что и время ремонта каждого конкретного гена связано с периодом его активации. Но это пока только предположение. Необходимы дальнейшие исследования.
Открытие Санджара имеет не только теоретическое значение, его можно применять и в практических целях. Учёные не зря использовали в своих экспериментах цисплатин; это вещество, применяемое для борьбы с раковыми опухолями. Оно вредит раковым образованиям тем способом, который был описан выше: так воздействует на ДНК опасных клеток, что затрудняет им процесс размножения, сшивая определённые гены и не давая внутренним структурам считывать данные. А если так, что действие цисплатина можно усилить, если применять его в соответствии с суточной активностью клеток. Кроме того, от воздействия цисплатина страдают и здоровые клетки в разных частях организма; если учитывать суточную активность этих клеток, то можно также понизить вредное влияние цисплатина на них. Можно попробовать отключать биологические часы в клетках, чтобы достичь нужного эффекта. Кроме того, можно попытаться использовать не только цисплатин, но и какие-то иные блокирующие средства.
Хронобиология в последнее время активно развивается, но, как и тридцать-сорок лет назад, большинство исследований в этой области посвящены лишь внешним проявлениям биологических часов. Для того, чтобы в полной мере изучить это явление и извлечь из него максимальную пользу, необходимо знать его молекулярные основы. И исследование Санджара – одно из немногих, которые касаются именно этой темы.
Любая живая система, в том числе отдельная клетка, может быть представлена как своеобразный часовой механизм. И молекулярная структура клеток – это как валики и шестерёнки в механических часах; их работа организована по строгому принципу, а результатом является функционирование всего организма, также зависящее от времени. Наблюдать за этими процессами весьма интересно, но куда важнее знать их строение и управлять ими. В этом и могут помочь достижения молекулярной биологии.
Гарантия
Сервис
Подбор
Госзакупки
