Стресс повышает разнообразие раковых клеток: доказано учеными
В новом исследовании специалисты из Цюрихского университета (UZH) впервые в режиме реального времени проследили, как клетки новообразований реагируют на стресс, который вызван, например, лучевой или химиотерапией, и как это воздействие влияет на их последующие поколения. Оказалось, что повреждение ДНК и стресс не только нарушают работу клетки в данный момент, но и запускают длительные изменения, которые увеличивают разнообразие клеточной популяции и помогают опухолям адаптироваться к лечению.
Даже в пределах одного органа здоровые клетки могут заметно отличаться друг от друга. Эти различия — результат не только генетических мутаций, то есть изменений в структуре ДНК, но и эпигенетических изменений, которые не затрагивают саму ДНК, но изменяют активность генов. Разнообразие клеток может быть полезным для адаптации в неблагоприятным внешним факторам, но если речь идет о злокачественных опухолях, оно становится серьезной проблемой: раковые клетки используют его, чтобы избежать воздействия лекарств и продолжать расти.
В рамках своей работы исследователи из UZH разработали уникальную методику отслеживания в реальном времени развития клеток и появления различий между ними. С помощью технологии CRISPR они внедрили в геном клетки флуоресцентные маркеры, которые позволяют наблюдать процессы репликации ДНК и фиксировать появление ее повреждений. Таким образом, команда смогла отслеживать поведение нескольких поколений клеток под микроскопом, выявляя, как именно стресс влияет на последующее клеточное развитие.
Результаты показали, что после воздействия стресс-факторов, например, облучения или химиопрепаратов, дочерние клетки начинали вести себя по-разному. Они отличались друг от друга по времени начала и длительности репликации ДНК, по уровню белков, которые регулируют клеточный цикл. Эти различия сохранялись и в следующем поколении клеток, усиливая неоднородность всей клеточной популяции. Иными словами, стресс запускает каскад изменений, которые со временем делают клетки все более непохожими друг на друга.
Особое внимание ученые уделили явлению полиплоидии — состоянию, при котором клетка содержит более одного полного набора хромосом. Такой «расширенный» геном делает раковые клетки более сложными генетически и позволяет им быстрее приспосабливаться к лечению. Анализ наблюдений показал, что пути к формированию полиплоидии могут быть разными, а это влияет на устойчивость и жизнеспособность клеток.
Теперь мы лучше понимаем, как развиваются клетки с несколькими копиями генома. Потенциально результаты нашей работы можно использовать для контроля возникновения полиплоидии и для повышения эффективности противораковой терапииАндреас Панагопулоспостдокторант UZH и соавтор исследования
По словам руководителя работы, профессора Маттиаса Альтмейера, это только начало. Команда планирует автоматизировать процесс наблюдения и расширить масштаб исследований, чтобы получать большие массивы данных, которые можно будет обрабатывать с помощью искусственного интеллекта. Это откроет возможности для более точной диагностики и персонализированного подхода к лечению рака. Ведь, как подчеркивает профессор, то, что наука открыла сейчас, — лишь верхушка айсберга в понимании того, как развивается устойчивость опухолей к лечению.
