При всем типовом разнообразии онкологические заболевания имеют одну общую черту: бесконечное деление клеток. В значительной степени этот нерегулируемый рост обусловлен тем, что опухолевые клетки могут восстанавливать защитные концы своих хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей ДНК и белков. Как правило, деление клеток останавливается, как только эти структуры, называемые теломерами, «изнашиваются». Но раковые клетки продолжают делиться, используя одну из двух стратегий их восстановления.

Одна из стратегий, реализующаяся примерно в 90 процентах видов рака, требует усиления синтеза теломеразы – фермента, удлиняющего теломеры. Менее понятная стратегия, используемая оставшимися 10–15 процентами видов рака, называется альтернативным удлинением теломер (Alternative Lengthening of Telomeres, ALT). Альтернативное удлинение теломер объяснялось подозрительно просто: опухолевые клетки могут восстанавливать длинные, хотя и неряшливого вида, теломеры без теломеразы. Но как именно они это делают, оставалось загадкой.

Специалисты из лаборатории Яна Карлзедера (Jan Karlseder), профессора молекулярной и клеточной биологии Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies), сообщают о первой экспериментальной индукции ALT-программы восстановления теломер в клетках человека. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Structural and Molecular Biology, обосновывает использование факторов, являющихся драйверами ALT-зависимого роста раковых клеток, в качестве фармакологических мишеней.

«Таргетинг теломеразы давно считается потенциальным методом лечения рака», – поясняет профессор Карлзедер, отмечая, что антителомеразные препараты против нескольких видов рака уже проходят вторую фазу клинических испытаний. «Но исследования на мышах показывают, что при подавлении теломеразы клетки могут активировать программу ALT. Это делает абсолютно необходимой разработку способов блокирования этой программы».

Чтобы узнать, как клетки включают программу ALT, исследователи экспериментально удалили два белка, ASF1a и ASF1b, в нормальных клетках легких и в клетках раковой линии, бессмертие которых обусловлено синтезом теломеразы. Белки ASF1 – шапероны, молекулярные «сопровождающие» гистоновых белков, которые, в свернутом виде в комплексе с ДНК, образуют основные структурные строительные блоки хромосом – нуклеосомы.

То, что наблюдали ученые, это относительный дефицит нуклеосом на участках теломер в ASF1-дефицитных клетках, что, собственно, и ожидалось, учитывая потерю гистонового шаперона. При этом лишенные ASF1 раковые клетки продолжали процветать, хотя синтез теломеразы в них выключался, что означало только одно: опухолевые клетки умеют использовать вторую стратегию удлинения теломер.

Но самое главное показала микроскопия: ядра лишенных ASF1 клеток содержали агрегаты теломерной ДНК, известные как PML-тельца. PML-тельца, названные так потому, что впервые были обнаружены в опухолевых клетках при промиелоцитной лейкемии (promyelocytic leukemia), являются отличительной чертой ALT-зависимых видов рака.

«Массивное образование PML-телец в нормальных клетках было неожиданностью», – комментирует первый автор статьи Родди О'Салливан (Roddy O'Sullivan)/ «Это было первой подсказкой о том, что программа ALT индуцируется потерей белков ASF1».

Чтобы подтвердить, что клетки включают ALT, ученые использовали все возможные средства. В качестве решающего доказательства соавтор исследования Носика Арну (Nausica Arnoult) использовала флуоресцентный тэг, встроенный в теломерный участок одной из хромосом, а затем отследила, где этот тэг оказывается с течением времени. Как оказалось, потеря ASF1 инициировала внутриядерный «пинг-понг»: клетки реплицировали тэг и перебрасывали его взад-вперед между разными хромосомами, выстраивая дезорганизованные, но, тем не менее, работоспособные теломеры.

Про мнению доктора О'Салливана, этот технически сложный эксперимент был очень информативен. «Межхромосомный обмен теломерной ДНК – золотой стандарт обнаружения ALT», – поясняет ученый. «Увидев его, мы сразу поняли, что индуктором ALT является потеря ASF1».

Ранее исследователи рака предполагали, что обмен теломерной ДНК при ALT можно объяснить мутациями в генах, сдерживающих процесс рекомбинации. Но, убежден профессор Карлзедер, молекулярный исходный пункт ALT больше не является предметом споров.

«Наша работа показывает, что подавление ASF1 вызывает ALT, влияя на сборку нуклеосом», – говорит он. «Таким образом, рекомбинация в ALT-зависимых клетках является следствием, а не причиной».

«Эта работа иллюстрирует фундаментальную концепцию, – комментирует доктор О'Салливан, – а именно, нарушение порядка в том, как клетки упаковывают ДНК в нуклеосомы, наносит вред».

Разработка ингибиторов ALT находится в стадии зарождения, и это исследование поможет в конструировании и оценке противораковых веществ, мишенью которых является путь ALT/ASF1.

«Теперь, когда у нас есть контролируемый способ активировать этот путь, мы можем проверить любой ген, потенциально способный выступать в качестве ингибитора» – подводит итог профессора Карлзедер.

Оригинальная статья

Rapid induction of alternative lengthening of telomeres by depletion of the histone chaperone ASF1