Внутри ядра клетки нашли «скрытый метаболизм»: открытие может изменить представления о раке

Учёные обнаружили в ядре человеческой клетки сотни метаболических ферментов — молекул, которые ранее считались характерными исключительно для цитоплазмы и митохондрий. Это открытие ставит под сомнение классическое представление о строгом разделении функций внутри клетки и может существенно повлиять на исследования рака, устойчивости опухолей к терапии и механизмов восстановления ДНК.

Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, провела международная группа учёных из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне. Авторы называют обнаруженное явление «ядерным метаболизмом» — локальной биохимической системой, работающей прямо внутри клеточного ядра.

Что именно удалось обнаружить

Долгое время биология исходила из чёткого разделения функций внутри клетки: ядро отвечает за хранение и считывание генетической информации, а метаболизм — производство энергии и строительных компонентов — происходит в других частях клетки, прежде всего в митохондриях.

Однако новая работа показала, что это разделение далеко не абсолютное.

Используя методы анализа белков, связанных с хроматином (комплексом ДНК и белков внутри ядра), исследователи изучили десятки линий раковых клеток и образцы здоровых тканей. В результате они обнаружили более двух сотен метаболических ферментов, локализованных непосредственно в ядре.

Примерно несколько процентов всех белков, связанных с хроматином, оказались ферментами метаболизма — неожиданно высокая доля для такого типа молекул.

Особое внимание вызвало присутствие ферментов, связанных с окислительным фосфорилированием — ключевым процессом производства клеточной энергии. Ранее считалось, что такие механизмы почти полностью ограничены митохондриями.

У каждой опухоли — свой метаболический «отпечаток»

Одним из важных результатов стало то, что разные типы тканей и опухолей демонстрируют различный набор ядерных ферментов.

В одних случаях метаболические белки в ядре встречались значительно чаще, чем в других, а у разных типов рака наблюдались устойчивые отличия в составе этих ферментов.

Учёные предполагают, что у опухолей может существовать собственный «ядерный метаболический профиль» — уникальная система взаимодействия обмена веществ и регуляции генов.

Это потенциально объясняет давнюю проблему онкологии: почему опухоли с похожими мутациями иногда по-разному реагируют на одинаковое лечение.

Значение для понимания рака и терапии

Особый интерес вызвало поведение ферментов при повреждении ДНК. Некоторые из них, как показали наблюдения, перемещаются к участкам генетических разрывов и, вероятно, участвуют в процессе их восстановления.

Это напрямую связано с принципами действия многих противоопухолевых препаратов, которые повреждают ДНК раковых клеток, чтобы остановить их деление.

Если внутри ядра действительно существует локальная метаболическая система, способная помогать клетке восстанавливать повреждения, это может быть одним из механизмов устойчивости опухолей к терапии.

Исследователи рассматривают возможность того, что такие ферменты могут стать новыми биомаркерами или мишенями для лекарств.

Пересмотр устройства клетки

Открытие вписывается в более широкий тренд современной биологии, где границы между клеточными системами оказываются более гибкими, чем считалось ранее.

За последние годы всё чаще обнаруживаются неожиданные связи между обменом веществ, регуляцией генов, иммунными реакциями и механизмами старения.

Новая работа фактически предлагает пересмотреть привычную модель клетки: ядро перестаёт быть лишь «архивом ДНК» и всё больше рассматривается как активный биохимический центр.

Вопросов остаётся больше, чем ответов

Несмотря на значимость результатов, исследование остаётся начальным этапом.

Пока неясно:

• какие именно реакции эти ферменты реально выполняют внутри ядра;
• насколько они функционально активны;
• как они туда попадают через ядерную мембрану;
• и можно ли целенаправленно влиять на этот процесс в терапии.

Каждый из обнаруженных ферментов требует отдельного изучения.

Но уже сейчас очевидно: представление о «разделённой» клетке оказалось слишком упрощённым. Внутри ядра, возможно, существует гораздо более сложная химическая система, чем считалось раньше.

Ранее журналисты сайта «Пронедра» писали, что биотин стал новой мишенью в онкологии