Истина в зерне: ученые раскрыли новый механизм клеточной смерти
Ученые раскрыли новый, ранее неизвестный механизм клеточной смерти. В ходе исследования реакции пшеницы на вредоносные инфекции биологи проследили, какие вещества активизируются в процессе самоуничтожения поврежденной клетки — апоптозе, — и открыли ранее неизвестный механизм его запуска. Результаты позволят понять, как инициировать или тормозить такое «самоубийство».
Ферменты-убийцы
Устойчивость растений к вредоносным микроорганизмам (патогенам) во многом определяется закодированным в ДНК набором ферментов, которые участвуют в гибели зараженных клеток, тем самым не позволяя инфекции распространяться. Такие ферменты, расщепляющие белки, называются протеиназами. Среди защитных белков пшеницы ученые Первого Московского государственного медицинского университета им. И.М. Сеченова смогли выделить особую группу веществ, которые отвечают за «самоубийство» зараженных или мутировавших клеток, и получить новые знания о процессе клеточной смерти — апоптозе — в целом.
Как пояснил «Известиям» соавтор работы, директор Института молекулярной медицины Сеченовского университета Андрей Замятнин, одни из основных проводников апоптоза у животных и человека — это ферменты каспазы, которые фактически разбирают клетку на составные части при сигнале опасности. Изначально считалось, что каспазы есть у всего живого на земле и именно они активизируют процесс самоуничтожения. Однако на рубеже веков ученым стало понятно, что, несмотря на наличие феномена запрограммированной клеточной смерти, у растений каспаз нет.
— Считалось, что, скорее всего, именно каспазоподобыне ферменты сигнализируют, что пора начинать разбирать клетку растения на части. Мы впервые показали, что есть другой механизм. У растений были обнаружены другие ферменты, обладающие схожими с каспазами активностями, — отметил Андрей Замятнин.
Тайна клеточной смерти
Ученые выяснили, что у растений активаторами сигналов смерти являются совершенно другие ферменты, работающие не так, как каспазы. То есть в природе механизмов запрограммированной клеточной смерти может быть множество. А значит, запустить клеточную смерть можно новыми способами.
Подобные фундаментальные знания важны в первую очередь потому, что они помогают понять, как развиваются онкологические заболевания, так как именно процесс апоптоза не работает в мутировавших раковых клетках. Из-за этого они начинают бесконтрольно делиться. Поэтому открытие новых ферментов, запускающих клеточную смерть, имеет фундаментальное значение для медицины будущего. Однако предстоит провести еще немало исследований, чтобы доказать, что подобные открытым в данном исследовании ферменты могут работать у животных и людей.
Злокачественная опухоль из плазматических клеток
Для современной науки очень важными являются результаты по исследованию различных вариантов запуска «запрограмированной клеточной смерти», так как эти данные могут расширить представления о механизмах взаимодействия клеточных систем и патогенов, считает профессор кафедры «Пищевые и биотехнологии» Высшей медико-биологической школы ЮУрГУ Александр Зурочка.
— Расшифровка новых механизмов запуска апоптоза позволит контролировать данный процесс не только с целью предотвращения его запуска, но и использовать данный механизм как раннюю профилактику распространения патологического процесса, предотвращая его распространение в живых системах, что является очень перспективным направлением работы, — считает эксперт. — Выявление ферментов, ответственных за этот процесс, тоже может дать новый толчок в исследовании механизмов апоптоза, а значит, и новых вариантов лечения заболеваний, связанных с регуляцией и запуском программированной гибели клеток.
Само открытие нового механизма клеточной смерти растений прошло в рамках масштабного изучения процесса защиты пшеницы от патогенов, в ходе которого ученые обнаружили 1544 фермента, отвечающих за борьбу с внешним «врагом». Такое подробное изучение защитных белков позволило уточнить их классификацию.
В своей работе они использовали метод жидкостной хроматографии, при которой смесь веществ пропускают в потоке жидкости через тонкую колонку (трубочку), заполненную сорбентом. За счет того, что вещества поглощаются им в разной степени, смесь разделяется на компоненты. Также ученые применили масс-спектроскопию, в ходе которой исследуемое вещество ионизируют (превращают нейтральные атомы и молекулы в заряженные ионы) и сортируют по соотношению массы и заряда, что позволяет точно определять даже сложные органические соединения.
В дальнейшем, опираясь на эту базу, ученые смогут подобрать подходящий фермент-убийцу под инфекции, которые поражают не только растения, но и животных, и людей.
— Это важно в эпоху антимикробной резистентности, когда существующие антиинфекционные средства перестают работать. Из этих ферментов можно будет сделать эффективные, ранее не известные патогенам противогрибковые и антиинфекционные средства, — сообщил «Известиям» сотрудник лаборатории молекулярной биологии и биохимии Сеченовского университета Андрей Девяткин.
В исследовании приняли участие сотрудники Института биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича, Всероссийского научно-исследовательского института фитопатологии, факультета биоинженерии и биоинформатики и НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ имени М.В. Ломоносова. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
