Каждая клетка в нашем теле несёт один и тот же набор ДНК. Но кожа остаётся кожей, печень — печенью, нейроны — нейронами. Всё вроде бы строго распределено. Однако группа исследователей из Университета Чикаго (University of Chicago) заметила любопытный трюк: иногда клетки «раскачивают» участки генома и активируют чужие гены, которые обычно зарезервированы для других типов тканей.
Работа под названием «Thymic epithelial cells amplify epigenetic noise to promote immune tolerance» вышла в журнале «Nature» и предлагает свежий взгляд: так называемый «эпигенетический шум» — хаотичные колебания в упаковке ДНК — позволяет клеткам временно примерять чужую роль. Полезно? Да. Ведь так организм чинит повреждения и тренирует иммунитет. Опасно? Тоже да. На той же основе могут расти опухоли.
Исследователи и их замысел
Старший автор статьи — Эндрю Ко (Andrew Koh), научный сотрудник кафедры патологии в Университете Чикаго (University of Chicago). Вместе с ним трудился ведущий автор, молодой научный сотрудник Ноа Гэмбл (Noah Gamble). Они обратили внимание на особые клетки тимуса — медуллярные эпителиальные клетки (mTEC).
Тимус — маленький орган над сердцем, известный своей ролью в воспитании Т-лимфоцитов. Эти mTEC ведут себя не как «обычные» клетки: они могут включать гены, свойственные другим тканям, и показывать их Т-клеткам. Смысл прост: если юная Т-клетка чересчур бурно реагирует на «своё», её отбраковывают, чтобы позже она не спровоцировала аутоиммунное воспаление.
«Шумное» ДНК и эксперимент
Обычно хроматин (так называют комплекс ДНК с белками, который упаковывает гены) плотно свёрнут. И это хорошо: доступ есть только к «правильным» участкам. Но иногда упаковка расшатывается. «Шум» — то самое дребезжание, которое даёт шанс включить «чужой» ген.
Ноа Гэмбл (Noah Gamble) использовал современные методы секвенирования отдельных клеток, чтобы посмотреть, как именно в mTEC меняется структура хроматина. Ожидали увидеть чёткую связь: чем доступнее участок ДНК, тем активнее ген. Но нет. В данных обнаружился хаос — участки генома, которые должны быть заблокированы, оказывались приоткрыты. В результате клетки получали возможность временно активировать чужеродные гены.
Это не сбой, а скорее хитрая особенность. Благодаря такой «подпольной» экспрессии Т-клетки учатся отличать своё от чужого.
Где место для p53?
Есть ещё один персонаж этой истории — белок p53, знаменитый «страж генома». Обычно он включается при повреждении ДНК и запускает либо ремонт, либо гибель клетки. Однако в mTEC его активность искусственно занижена.
Когда учёные подняли активность p53 с помощью генной инженерии, хроматин «успокоился», шум пропал, и клетки перестали включать гены других тканей. Последствия оказались неприятными: Т-лимфоциты с ошибками начали проскакивать через контроль и потом запускали аутоиммунные атаки.
По словам Эндрю Ко (Andrew Koh): «Тимусные клетки сознательно играют с огнём. Они входят в состояния, которые при других обстоятельствах вызвали бы срабатывание p53 и клеточную смерть. Но тут система глушит сигнал, и клетки продолжают жить, обучая иммунитет».
От иммунитета к раку
На этом авторы не остановились. Они проверили, что будет, если убрать p53 в опухолевых клетках лёгкого. Результат оказался тревожным: «шум» резко усилился, клетки начали подключать гены других тканей и становились всё более агрессивными. Иными словами, та же самая гибкость, которая помогает иммунной системе учиться, может давать фору раку.
Учёные предполагают, что аналогичные механизмы могут быть задействованы при заживлении ран и в процессе регенерации тканей. Если научиться управлять этим хаосом — а это звучит почти как оксюморон, — появятся новые способы программировать клетки: от лечения аутоиммунных заболеваний до разработки иммунотерапии рака.
Немного философии
«Иногда именно фоновый шум играет не меньшую роль, чем сам сигнал», — подытоживает Ноа Гэмбл (Noah Gamble). И это, пожалуй, отличная метафора для биологии вообще. Система, основанная на случайностях, может оказаться куда надёжнее, чем кажется на первый взгляд.
Литература:
Thymic epithelial cells amplify epigenetic noise to promote immune tolerance, Nature (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09424-x