Японские ученые выяснили, что тихоходки защищают свою ДНК от действия ионизирующего излучения, стабилизируя ее специальным белком. В эксперименте этот белок существенно снизил радиационное повреждение генома человеческих клеток. В геноме тихоходок также обнаружился ряд других защитных механизмов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications.

Тихоходки (тип Tardigrada) — микроскопические(до 1,5 миллиметра в длину, большинство гораздо меньше) восьминогие животные, близкие к членистоногим и онихофорам. Они известны своей исключительной живучестью — будучи распространены по всему миру, тихоходки предпочитают влажные почвы и мох, но могут жить и высоко в горах, и на дне океана. При недостатке влаги или в других неблагоприятных условиях тихоходки теряют до 90 и более процентов жидкости и погружаются в состояние ангидробиоза, в котором способны пребывать годами. В этом состоянии они могут кратковременно выдерживать температуры почти от абсолютного ноля до 100 градусов Цельсия, давление от практически нулевого до 600мегапаскалей (примерно в 6000 раз больше атмосферного) и ионизирующее излучение в 5000 грей (в тысячу раз больше летальной дозы для большинства животных и человека). Кроме того, тихоходки способны выживать в органических растворителях,под действием токсичных газов и даже в условиях открытого космоса. При наступлении благоприятных условий тихоходки быстро возвращаются к жизни, сохраняя способность к размножению. При этом о причинах подобной живучести пока известно довольно мало.

Сотрудники Токийского университета с коллегами из других научных центров провели полную расшифровку ядерной ДНК одного из наиболее устойчивых видов тихоходок (всего их известно около тысячи) — Ramazzottius varieornatus. Выяснилось, что 52,5 процента генов имеют общее происхождение с другими животными, 43,9 процента уникальны или обладают минимальным сходством, 2,4 процента неопределимы и лишь 1,2 процента заимствованы способом горизонтального переноса у других царств живых существ. Это опровергает выводы американского коллектива о том, что живучесть тихоходкам придает большое число заимствованных генов (эти данные подвергали сомнению и раньше).

R. varieornatus в состояниях активности (a) и ангидробиоза (b), а также происхождение его генов (с). Takuma Hashimoto et al., Nature Communications, 2016

Ученые обнаружили в геноме тихоходки уникальный белок,названный ими Dsup (от англ. damagesuppressor — подавляющий повреждения). Он образует с ДНК устойчивые комплексы,вызывая ее агрегацию в ядре. Исследователи предположили, что этот белок может нести функцию защиты генетического материала от радиационного повреждения. Чтобы проверить эту гипотезу, они ввели ген Dsup в культуру эмбриональных человеческих почечных клеток. Затем трансгенные и обычные клетки облучили рентгеновским излучением в дозе 10 грей (такая доза смертельна для человека). Выяснилось, что в экспрессирующих Dsup клетках одноцепочечная фрагментация ДНК под действием радиации составила 16 процентов, а в обычных — 33 процента. Таким образом,белок тихоходки уменьшил повреждение генетического материала более чем вдвое. Опыты с окислителями показали, что он также защищает ДНК от действия активных форм кислорода (АФК). Исследователи отметили, что ранее белков с подобными функциями ни у каких организмов не находили.

Помимо этого в геноме тихоходки обнаружили большое число защитных генов. В частности, в нем содержатся 16 ферментов из семейства супероксиддисмутаз, которые нейтрализуют АФК. При этом у большинства животных их число не превышает 10. Также у R. varieornatus оказалось четыре копии гена MRE11, восстанавливающего двухцепочечные разрывы ДНК (большинство животных имеют лишь одну его копию).

Генетический материал тихоходок оказался выборочно лишен пероксисомного пути окисления жирных кислот, который при неблагоприятных условиях может способствовать синтезу АФК и окислительному стрессу. Также у этих животных отсутствуют ключевые компоненты важнейшего внутриклеточного сигнального пути mTORC1, реагирующие на гипоксию, генотоксический и оксидативный стрессы. При этом компоненты, отвечающие за распознавание аминокислот и дефицита энергии, остались сохранными.

Утраченные (розовый цвет) и сохранные (зеленый цвет) компоненты сигнального пути mTORC1. Takuma Hashimoto et al., Nature Communications, 2016

Выявленные особенности генома во многом объясняют устойчивость тихоходок к радиации и другим повреждающим факторам окружающей среды. Исследователи рассчитывают, что обнаружение Dsup поможет разработать эффективные методы защиты от ионизирующего излучения и окислительного стресса.

Ранее ученые выяснили, что способность тихоходок впадать в ангидробиоз связана с наличием у них особых «стекленеющих» белков, которые в отсутствие воды формируют своеобразное покрытие, защищающие органеллы клетки и клеточные мембраны.

Автор: Олег Лищук