Походження ракових пухлин. Як вчені змушують цитоскелет блокувати поділ клітин і знаходити нові ліки проти раку?

Про це в розмові академіка НАНУ Володимира Семиноженка з  завідувачкою відділу клітинної біології та біотехнології Інституту харчової біотехнології та геноміки НАН України, докторкою біологічних наук  Аллою Ємець у програмі «Про науку. Компетентно».

-  Цитоскелет - це внутрішній скелет клітини, - пояснює науковиця. - З чого складається клітина, як найменша структурна і функціональна одиниця всього живого?

Вона складається з трьох основних частин: оболонки, цитоплазми та ядра.

Цитоплазма - це внутрішній вміст клітини, який містить органели, які виконують функції обміну речовин, росту, регуляції сприйняття подразників тощо, та інші структури. 

Ядро - це центр управління клітиною, що містить генетичний матеріал.  «Вміст» клітини заякорений завдяки саме цитоскелету.

Але цитоскелет не тільки визначає форму клітини.

-  Цитоскелет також бере участь у поділі клітини та відповідає за позиціонування органел, - розповідає Алла Ємець. -  І у разі, якщо органелам треба переміщатися всередині клітини, цитоскелет, окрім  каркасу, виконує ще й  логістичну функцію.

 

Тобто він «працює», як Міністерство транспорту. По цитоскелетних структурах відбувається переміщення різних везикул, органел всередині клітини. І це дуже складний процес.

А з чого складається сам цитоскелет?

-  З актинових філаментів – тонких ниток білка актину, що відіграють ключову роль у підтримці форми клітини, її руху та внутрішньоклітинних процесах. 

Це такі намистинки, які утворюють полімерні намиста. Далі - мікротрубочки. Це також полімерні структури, але вони утворюються з намистинок вже іншого складу. Вони містять білки, так звані, тубуліни.

Вони полімеризуються знову ж таки в філаменти, потім об'єднуються і створюють  ще іншу структуру, - пояснює докторка біологічних наук. - Ці структури – мікротрубочки та актинові філаменти є дуже динамічними. Вони постійно знаходяться в динаміці і утворюють нові структури всередині клітини, щоби виконувати ті чи інші її функції.

А в тваринній клітині є ще один клас цитоскелетних структур - проміжні філаменти. Їх називають проміжними, тому що вони мають діаметр, тонший за мікротрубочки та грубший за актинові філаменти. Звідки і походить їхня назва. У рослинних клітин є аналоги  лише деяких білків проміжних філаментів.

Чому про це важливо знати?

-  Тому що в медицині існує пошук маркерів, певних білків проміжних філаментів, які визначають походження ракової клітини. Тобто ракова клітина  має епітеліальне походження чи це клітини  нервових тканин або інших? Це дуже важливо для лікування онкохворих, 

- резюмує науковиця .

-  Селекціонери виводять сільськогосподарські рослини з високою врожайністю, але давати високі врожаї рослини можуть лише за нормальних умов, - зазначає  Алла Ємець. - Однак в природі так не буває. Аномальні виклики спричиняють у рослин стрес, від якого вони не можуть сховатися. Ми повинні думати, як забезпечити сталість високих показників у разі біотичних  стресів - впливу шкідників, хвороб та бур'янів, які призводять до негативних наслідків.

Або як захистити рослини від абіотичних стресів – спеки або холоду, посухи, надлишку вологи, засоленості ґрунтів, сильного вітру тощо. Ми повинні знати, як реагувати на виклики природи, щоби підвищити стресостійкість  рослин. Тому що це харчова безпека, продовольча, а також економічна безпека.

Хто всередині клітини у рослин «відповідає» за стреси?

-  Ми знайшли дуже чутливий сенсор всередині клітини, який здатен протистояти стресам, - ділиться науковиця. - Він відповідає за стреси у разі проникнення вірусів чи патогенів у клітину або у разі аномальних температур. І це – цитоскелет. Саме він  реагує на такі стреси.

Якщо низька температура, розбираються ці самі мікротрубочки. Чому? Тому що треба збільшити  в'язькість цитоплазми, і за рахунок такої деполімеризації, тобто розбирання мікротрубочок, клітина протистоїть заморозкам чи низьким температурам.

І ми, знаючи, як це працює, і знаходячи певні речовини, можемо регулювати стійкість рослин на рівні цискелету всередині клітини. Тобто знаходити речовини, які допомагають йому не руйнуватися, вивчаємо механізм, як можна підвищити резистентність рослин до різних природних викликів.

Як «побачити», що відбувається у невидимому  цитоскелеті?

-  Щоб досліджувати цитоскелети, ми застосовуємо  різні методи, - зазначає науковиця. -  Дуже зручний метод - імунофлюоресцентна мікроскопія, тому що на сьогодні створено багато антитіл, які специфічно впізнають елементи цитоскелету.

Якщо ми говоримо про актинові філаменти, то це антитіла до актину. Враховуючи те, що білки і актинових філаментів, і мікротрубочок - це дуже консервативні білки, рівень консервативності між тваринними білками цитоскелетів і рослинними дуже високий.

Тобто можна брати антитіла, які були отримані проти тваринних тубулінів або тваринних актинів, і використовувати їх для виявлення ушкоджень або для візуалізації  внутрішньоклітинних структур рослин.

Є ще  інший метод.

-  Це генно-інженерний підхід, - зауважує Алла Ємець. -  Якщо ми знаємо білки рослинних цитоскелетів і їх специфіку, ми знаходимо потім гени, які кодують ці білки.

 

Ми ці гени ізолюємо. Потім за допомогою генно-інженерних маніпуляцій ми можемо до однієї послідовності гена доєднати послідовність  іншого гена, наприклад, зеленого флюоресцентного білка із медузи Акварея Вікторія, яку іноді називають кристалічним желе.

Це біолюмінесцентна гідрозойна медуза, або гідромедуза. І ми тоді отримуємо химерний ген. І потім цим хімерним геном, наприклад, тубуліном, злитим із геном GFP медузи, ми трансформуємо рослину. І  бачимо, як відбувається експресія хімерного гену - процес, за допомогою якого генетична інформація, що міститься в гені, перетворюється на функціональний продукт, такий як білок або РНК .

Що в результаті ми отримуємо?

-  Ми отримуємо тубулін, який підсвічується, тобто має маркер GFP, і цей білок уже з  прошитим маркером, який флюоресценцирує, ми вбудовуємо в клітини. І тоді в живих клітинах за допомогою конфокальної лазерної мікроскопії  ми бачимо усі процеси в живих клітинах, які відбувається на різних етапах.

Цей метод мікроскопії дозволяє отримувати чіткі зображення внутрішньої структури клітини, усуваючи розсіяне світло, яке зазвичай перешкоджає отриманню чітких зображень у звичайній світловій мікроскопії. 

Завдяки цьому ми знаходимо  речовини, які специфічно можуть діяти  вже в реальному часі.

На сьогоднішній день є багато речовин, які використовуються для лікування ракових захворювань. Вони специфічно зв'язуються з цитоскелетом, тобто зупиняють поділ клітини, оскільки один з механізмів раку - це поділ клітини, ріст пухлини, метастазування.

Якщо ми зупиняємо поділ клітини, ми не даємо раковій клітині далі розвиватися.

-  Створити ідеальну рослину, я думаю, неможливо, як і створити будь-який абсолютно ідеальний організм. Тому що все передбачити неможливо.

Але ми зараз за допомогою редагування геному, тобто не створюючи генетично модифіковані рослини, можемо замінити в гені один нуклеотид на інший, - розповідає Алла Ємець. -  І тоді культурна рослина буде не чутлива до дії, скажімо, гербіцидів. Так само можна боротися з фітопатогенними грибами. Це пліснява - мікотоксини.

Чи можна вважати геномно редаговані рослини  генномодифікованими?

-  На жаль, їх ще відносять до генетично модифікованих організмів, - стверджує науковиця. -  Але зараз  ставлення до цього процесу переглядають.Тому що, коли ми робимо якісь певні точкові зміни, то виявити їх  навіть за допомогою сучасних інструментальних методів досліджень неможливо. Це попадає якраз у відсоток похибки.

Якщо ми говоримо про геномне редагування, то виявити його у рослинних або у тваринних організмів практично неможливо. Настільки це тонка методика, що  навіть не знайдено механізму, як  розпізнати, що це втручання відбулося. Тобто можна його навіть і не побачити – вся надія на доброчесність вчених, які мають про це повідомити.

Зараз в світі багато вчених займається такими новітніми технологіями, як emergent biotechnology. Це стосується синтетичної біології, а також редагування геному.

Але є і зворотній бік цих технологій, що викликає серйозне занепокоєння.

-  Якщо ми говоримо про мікробіологію та  біотехнологію, про втручання в геноми мікроорганізмів, тут може бути багато непередбачуваних речей. Зокрема, штучне створення вірусів, - застерігає  Алла Ємець. - За допомогою саме таких технологій можна створювати небезпечні мікроорганізми.

А це біологічна зброя. Тому важливо регулювати ці процеси на законодавчому рівні, слідкувати, в якому напрямку йде розвиток  біотехнологій у світі.

Китайці зараз розшифровують мікроорганізми шаленими темпами. У них є багато  можливостей, щоби проводити секвенування геному різних організмів, яке дозволяє "прочитати" генетичний код організму.

Вони відкривають ці дані для більш широкого кола науковців. І найстрашніше зараз  - це штучний інтелект, який може мати на своєму озброєнні інформацію про послідовність геному і потім пропонувати різні модифікації цього геному. Він це може зробити набагато швидше, чим людський інтелект.

-  Якщо ми говоримо про медицину, то є багато протипухлинних препаратів, які специфічно діють на веретено поділу, - зазначає науковиця. - Тобто вже є Таксол  для химиотерапії онкохворих. Є Вінкристин, хіміотерапевтичний препарат, який використовується для лікування ряду типів раку. Є Вінбластин. Два останні препарати належать до алкалоїдів барвінку.

Це речовини, які специфічно зв'язуються з мікротрубочками, тобто елементами цитоскелету, і по-різному блокують веретено поділу.

Наприклад, Таксол стабілізує мікротрубочки і вони не можуть потім розбиратися, тобто не може функціонувати саме веретено. Таксол - це природний препарат, це речовина, яка була ізольована із  кори тису Таксус  Баката.

Знаючи, як ці речовини взаємодіють з тим же самим тубуліном, яка специфіка і де знаходяться мішені на білку, як саме ця речовина взаємодіє з мішенню, ми можемо передбачити інші сполуки, більш ефективні з аналогічною дією.

Специфіка взаємодії білка з мішеню має велике значення, щоби потім ми могли пропонувати хімікам якісь нові, більш ефективні препарати, які є більш доступні для подальшого  лікування онкохворих.

Читайте також:

Вінок лавровий, а другий… терновий. Сучасниця з іншої епохи: чому інтерв’ю Ліни Костенко викликало шалений сплеск емоцій?

Якщо вам цікавий цей зміст, один із способів підтримати наш сайт — поділитися ним і підписатися на нас: