Клетки человека могут передавать ДНК друг другу через нанотрубочки

Геном млекопитающих надежно защищен в пределах ядра в интерфазе, но когда клетки нашего организма переживают трудности из-за воздействия радиации или неудачных попыток деления, они иногда соединяются с другими клетками, чтобы безопасно передать им свою ДНК.

Этот процесс передачи ДНК — осуществляемый с помощью крошечных трубочек, образующихся между двумя клетками и передающих ДНК от одной к другой — был впервые недавно обнаружен в клетках человека, и это открытие вполне может изменить наше представление о клетках. Новое исследование, опубликованное в журнале Cell, показало, что клетки человека способны реагировать на геномную нестабильность путем перемещения фрагментов ДНК в другие соседние клетки. Когда это происходит, две клетки соединяются с помощью нанотрубок, которые действуют как желоба, доставляя ДНК, которая остается активной. В настоящее время исследователи изучают, какую роль этот механизм передачи играет в здоровье человека, особенно в развитии рака. «Это было неожиданное открытие», — рассказал руководитель исследования Питер Ли. «Наши результаты указывают на то, что соседние клетки могут напрямую изменять геномы друг друга способами о которых мы не имели представления».

Обычно, когда речь идет о наших собственных клетках, мы думаем о передаче генов в «вертикальном» смысле — то есть гены передаются от родительской клетки дочерним клеткам, потомкам, рожденным в результате деления клеток. Однако существует такое явление, как «горизонтальный перенос генов», когда гены передаются между организмами, не связанными отношениями родитель-потомок. Это наиболее распространено среди прокариотических микроорганизмов (относящихся к доменам бактерий и архей), но также играет роль у растений и насекомых. Между тем доказательства горизонтального переноса генов у людей и других млекопитающих были ограниченными.

Тем не менее, новое исследование показывает, что в клетках человека существует процесс, сходный с горизонтальным переносом генов. Исследователи обнаружили этот процесс во время тестирования реакции клеток на геномную нестабильность, которая возникает, когда различные процессы, связанные с поддержанием и репликацией генома, нарушаются. Она может быть вызвана несколькими факторами, включая химические вещества, биологические агенты, радиацию и ошибки в митозе (делении клеток).

Чтобы наблюдать за процессом переноса ДНК, исследователи использовали современную технологию микроскопии живых клеток, что позволило им увидеть, как клетки формируют нанотрубчатые соединения. В одном эксперименте они наблюдали, как фрагменты Y-хромосомы из мужских клеток перемещались в женские; перенесенная ДНК оставалась функциональной, причем гены, специфичные для мужчин, активировались даже после того, как ДНК попала в женские клетки. Как показали эксперименты, перенесенная ДНК сохраняется в новой клетке даже после нескольких циклов деления и даже придает реципиентным клеткам новые фенотипические признаки; например, гены, связанные с лекарственной устойчивостью, могут привести к тому, что реципиентные клетки станут устойчивыми к определенным антибиотикам после их переноса. Таким образом, перенесенные фрагменты ДНК могут стабильно наследоваться в качестве функциональных внехромосомных генетических элементов в геноме принимающего хозяина, тем самым придавая реципиентной клетке наследуемые фенотипические признаки.

Авторы исследования отмечают, что такой обмен генетическим материалом может оказывать значительное влияние на биологию человека. Более глубокое понимание механизма этого переноса может внести весомый вклад в исследования рака, поскольку он, возможно, позволяет раковым клеткам передавать вредный генетический материал нераковым клеткам, в том числе аллели, связанные с образованием опухолей, или мутации, повышающие предрасположенность к раку. «Остается много открытых вопросов. Сейчас мы хотим понять, насколько широко распространен этот процесс, как он регулируется на клеточном и молекулярном уровнях и какую роль он может играть в здоровье и заболеваниях человека, включая рак», — сказал Ли. «Эти результаты могут иметь важное значение для понимания того, как эволюционируют геномы раковых клеток и приобретают крупномасштабные хромосомные изменения».