Назад
Генетические мутации запускают раковые заболевания. Некоторые мутации меняют местами генетический код, другие происходят в результате удаления ключевых генов.
Исследователи Института иммунологии Ла-Джоллы (LJI) совершили большой прорыв в понимании того, как удаление генов, кодирующих белки TET, может привести к развитию рака. Их новое исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, впервые показывает непосредственные последствия удаления всех трех генов семейства TET в эмбриональных стволовых клетках мышей. Используя мышиную модель, исследователи обнаружили, что белки TET критически важны для поддержания нормального процесса репликации клеток и ДНК. Без белков TET важные гены пропадают, что приводит к мутациям, или анеуплоидиям.
"Анеуплоидии - это случаи, когда генетический материал добавляется или удаляется в массовом масштабе. В клетках с анеуплоидией отсутствует не только один ген. Вместо этого гены отсутствуют во всей хромосоме. Анеуплоидии являются общей чертой раковых клеток", - объясняет руководитель исследования Хьюго Сепульведа. Обнаружение прямой связи между потерей функции TET и анеуплоидиями является важным открытием в области клеточной биологии и дает исследователям ключ к тому, как найти гены, лежащие в основе развития рака. "Теперь мы можем понять механизмы развития анеуплоидий, хотя мы не можем утверждать, что эти изменения всегда происходят через те же гены в других типах клеток", - говорит Сепульведа.
Белки TET могут защищать от мутаций, вызывающих рак, и даже защищать от воспаления и сердечно-сосудистых заболеваний. Белки TET играют такую важную роль в клетках, потому что они влияют на метилирование ДНК, процесс, который изменяет способ считывания ДНК и экспрессии генов. Работа стала особенно важна для понимания функции TET в иммунных клетках, таких как Т-клетки, В-клетки и миелоидные клетки. "Мы показали, что каждый раз, когда в этих клетках происходит делеция гена TET, наблюдается развитие различных агрессивных типов рака", - утверждает Сепульведа.
По мере продолжения исследования специалисты заметили нечто странное - клетки с отсутствующими или нарушенными белками TET также склонны к анеуплоидии. Это была еще одна связь между белками TET и раковыми заболеваниями. Клетки с потерей функции TET имели тенденцию к анеуплоидии, и клетки рака имели тенденцию к анеуплоидии. Но что происходит первым? Потеря функции TET вызывает анеуплоидии и рак или наоборот?
Чтобы лучше понять рак, авторы обратились к эмбриональным стволовым клеткам мыши в качестве модели. Эти клетки от природы приспособлены к быстрому делению, но не склонны к развитию рака. Исследователям нужно было увидеть, как удаление белков TET может изменить ситуацию. Снова и снова они обнаруживали, что клетки с делецией TET развивали анеуплоидии в три раза чаще, чем нормальные клетки. Эти измененные клетки теряли гены очень быстро и беспорядочно. Ученые могли наблюдать этот эффект у самых ранних эмбрионов, которые состояли всего из восьми клеток. "Это доказало, что делеция TET напрямую влияет на анеуплоидии", - рассказывает Сепульведа. "Это было очень интересно и не известно ранее".
Затем исследователи обратились к методу секвенирования RNA-seq, чтобы увидеть, как делеция TET влияет на другие гены. Они увидели "даунрегуляцию", или выключение, некоторых генов, связанных с репликацией клеток и ДНК. Этот результат позволил предположить, что делеция TET нанесла серьезный удар по системе, которая поддерживает нормальное деление клеток. Делеция TET в эмбриональных стволовых клетках мыши, по-видимому, оказывает наибольшее влияние на ген Khdc3, который принадлежит к системе или комплексу, ранее изученному на предмет его активности в содействии делению ооцитов. Этот комплекс изучен недостаточно хорошо, но известно, что Khdc3 важен для поддержания стабильности генома в ооцитах до и после оплодотворения, а также на ранних стадиях эмбрионального развития. Когда исследователи восстановили функцию белка KHDC3 в этих клетках, они с удивлением увидели, что стабильность генома также восстановилась. Анеуплоидия была обращена вспять. Комплекс, частью которого является Khdc3, снова начал выполнять свою работу.
Новое исследование выявило два ключевых факта, касающихся потери функции TET. Во-первых, потеря функции TET является непосредственной причиной анеуплоидий, связанных с раковыми заболеваниями, поскольку она приводит к снижению экспрессии Khdc3. Во-вторых, потеря функции TET в эмбриональных стволовых клетках влияет на стабильность генома через некий KHDC3-содержащий комплекс.
Сепульведа осторожно отмечает, что известно, что комплекс Khdc3 активен только в раннем эмбриональном развитии и в эмбриональных стволовых клетках. Это означает, что даже если анеуплоидии наблюдаются в TET-дефицитных раковых опухолях, ученые должны определить, регулируют ли эти раковые опухоли KHDC3 (большинство раковых опухолей имеют тенденцию регулировать эмбриональные гены), и если да, то вызваны ли анеуплоидии, которые они развивают, аберрантной функцией KHDC3. Примечательно, что анеуплоидии наблюдаются в многочисленных раковых опухолях, в которых TET не мутировали, но эти раковые опухоли могли утратить функцию TET из-за метаболических нарушений.
"Нестабильность генома в раковых клетках может происходить не только через гены Khdc3, но и через аналогичный регуляторный механизм, который также включает изменения в структуре метилирования ДНК", - поясняет Сепульведа. "Вопрос о том, развиваются ли анеуплоидии в TET-ассоциированных раковых клетках за счет дисрегуляции генов, отличных от Khdc3, остается открытым". В дальнейшем Сепульведа надеется выяснить, как именно комплекс Khdc3 способствует стабильности генома ниже по линии белков TET в эмбриональных стволовых клетках.
Georges, R.O., et al. Острая делеция ферментов TET приводит к анеуплоидии в эмбриональных стволовых клетках мыши через снижение экспрессии Khdc3 (аннотация).
Диоксигеназы TET (Ten-Eleven Translocation) осуществляют деметилирование ДНК путем последовательного окисления метильной группы 5-метилцитозина (5mC) в ДНК. У людей и в мышиных моделях потеря функции TET была связана с повреждением ДНК, нестабильностью генома и онкогенезом.
В данном исследовании мы показали, что острая делеция всех трех генов Tet после короткого воздействия 4-гидрокситамоксифена на эмбриональные стволовые клетки мыши (mESC), экспрессирующие Cre-ERT2, приводит к неправильной сегрегации хромосом и анеуплоидии; кроме того, эмбрионы, лишенные всех трех белков TET, демонстрируют поразительные изменения в количестве бластомеров и ядерной морфологии на стадии 8 клеток. Транскрипционное профилирование показало, что мРНК, кодирующая KH-доменный белок, Khdc3 (Filia), была снижена в тройных TET-дефицитных mESC, одновременно с повышенным метилированием CpG-динуклеотидов вблизи гена Khdc3. Восстановление уровня KHDC3 в тройных TET-дефицитных mESC предотвращало анеуплоидию.
Таким образом, белки TET регулируют экспрессию гена Khdc3, а дефицит TET приводит к нарушению митоза и нестабильности генома в mESC, по крайней мере, частично через снижение экспрессии KHDC3.
