Открытие того, как теломеры и митохондрии взаимодействуют, вызывая воспаление, открывает новые возможности для предотвращения и лечения рака и других вредных последствий старения.
Теломеры защищают концы хромосом от повреждений. На этом изображении показаны теломеры (зелёные) и ДНК (синие) во время репарации ДНК.
В процессе старения защитные колпачки на концах наших хромосом, называемые теломерами, постепенно укорачиваются. Теперь учёные из Института биологических исследований Солка (Salk Institute) обнаружили, что когда теломеры становятся очень короткими, они взаимодействуют с митохондриями — энергетическими центрами клетки. Это взаимодействие запускает сложный набор сигнальных путей и инициирует воспалительную реакцию, которая уничтожает клетки, которые в противном случае могли бы стать раковыми.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature 8 февраля 2023 года, могут привести к новым способам предотвращения и лечения рака, а также к разработке более эффективных методов противодействия вредным последствиям старения.
Исследование стало результатом сотрудничества между соавторами и профессорами Института Солка Яном Карлседером и Джеральдом Шаделем, которые объединились, чтобы изучить сходства, обнаруженные ими в воспалительных сигнальных путях. Лаборатория Карлседера изучает биологию теломер и то, как они предотвращают образование рака. Лаборатория Шаделя изучает роль митохондрий в заболеваниях человека, старении и иммунной системе.
«Мы были рады обнаружить, что теломеры взаимодействуют с митохондриями», — говорит Карлседер, обладатель кафедры Дональда и Дарлин Шайли. «Они явно взаимодействуют в хорошо контролируемых биологических процессах, чтобы инициировать клеточные пути, которые убивают клетки, способные вызвать рак».
Когда теломеры укорачиваются до такой степени, что больше не могут защищать хромосомы от повреждений, происходит процесс, называемый «кризисом», и клетки погибают. Этот естественный процесс удаляет клетки с очень короткими теломерами и нестабильными геномами и считается мощным барьером против образования рака. Карлседер и первый автор исследования Джо Нассор, старший научный сотрудник лаборатории Карлседера, ранее обнаружили, что клетки в кризисе удаляются в процессе аутофагии, при котором организм избавляется от повреждённых клеток.
На этот раз команда хотела узнать, как активируются программы гибели клеток, зависящие от аутофагии во время кризиса, когда теломеры чрезвычайно короткие. Проведя генетический скрининг с использованием клеток кожи человека, называемых фибробластами, учёные обнаружили взаимозависимые иммунные и воспалительные сигнальные пути, аналогичные тем, с помощью которых иммунная система борется с вирусами, которые необходимы для гибели клеток во время кризиса. В частности, они обнаружили, что молекулы РНК, исходящие от коротких теломер, уникальным образом активируют иммунные сенсоры ZBP1 и MAVS на внешней поверхности митохондрий.
Это исследование демонстрирует важные связи между теломерами, митохондриями и воспалением и подчёркивает, как клетки могут обойти кризис (тем самым избегая разрушения) и стать раковыми, если пути не функционируют должным образом.
Шадель, обладатель кафедры Одри Гейзел в области биомедицинских наук и директор Центра передового опыта Натана Шока в области фундаментальной биологии старения в Сан-Диего, говорит: «Теломеры, митохондрии и воспаление — это три признака старения, которые чаще всего изучаются изолированно. Наши результаты, показывающие, что напряжённые теломеры посылают РНК-сообщение митохондриям, чтобы вызвать воспаление, подчёркивают необходимость изучения взаимодействий между этими признаками, чтобы полностью понять старение и, возможно, вмешаться, чтобы увеличить продолжительность здоровой жизни у людей».
Карлседер добавляет: «Формирование рака — это не простой процесс. Это многоэтапный процесс, который требует множества изменений и модификаций в клетке. Лучшее понимание сложных путей, связывающих теломеры и митохондрии, может привести к разработке новых методов лечения рака в будущем».
Далее учёные планируют более подробно изучить молекулярную основу этих путей и исследовать терапевтический потенциал воздействия на эти пути для предотвращения или лечения рака.