: 29.11.2015

Обыкновенные дрожжи могут подсказать, как найти брешь в защите раковых клеток

Люди широко используют для коммуникации явления, которые характеризуются такой физической величиной как частота. Это и звуки, которые мы издаем при разговоре, и радиосигналы. Ученые из Университета Калифорнии (США) задумались о том, используется ли такой тип передачи информации на клеточном уровне. В процессе исследований ученые с разной периодичностью (раз в минуту, в две, в четыре и так далее до ста двадцати восьми) подвергали клетки обыкновенных пекарских дрожжей (Saccharomyces cerevisiae) несильному осмотическому стрессу.

Для этого в окружающей среде создавали повышенную концентрацию ионов калия, что приводило к тому, что из клеток начинала выходить вода, подчиняясь законам осмоса, процесса диффузии растворителя (воды) в сторону большей концентрации растворенных в ней веществ (ионов калия). Для живой клетки это неблагоприятная ситуация, клетка сопротивляется ей. Например, дрожжи в ответ на осмотический стресс синтезируют больше глицерина, защищающего их, а обеспечивает этот процесс цепочка внутриклеточных событий, называемая каскадом Hog1 митоген-активируемых протеинкиназ.

Исследователи обнаружили, что в большинстве случаев клетки вполне способны адаптироваться к периодическому осмотическому стрессу, синтезируя глицерин, за одним странным исключением – когда период составлял восемь минут. При такой частоте воздействия клетки быстро переставали расти и начинали умирать. Обнаружилось, что при воздействии с этой частотой клетки дрожжей ложно воспринимают колебания концентрации соли как непрерывно нарастающую ее концентрацию, что приводило к чрезмерной активации защитных реакций и в конечном итоге к гибели клеток.

С помощью методов математического моделирования ученые разобрались в «механике» процесса и хитросплетениях обратных связей в каскаде Hog1 митоген-активируемых протеинкиназ, приводящих к патологической реакции на резонансной частоте. Они также выяснили, что, если модифицировать каскад, добавив еще одну петлю обратной связи, система становится устойчивой. А затем они выяснили, что, хотя устойчивый к резонансной частоте штамм по сравнению с обычными дрожжами лучше растет в заданных искусственных условиях, он менее жизнеспособен в естественных условиях, в динамичной, сложной, реальной природной среде.

То есть, с эволюционной точки зрения такая «дыра в защите» несущественна, так как в природе колебания осмолярности с четким периодом в 8 минут крайне маловероятны, а адаптивность к сложно меняющимся условиям, напротив, крайне важна.

Однако такими «дырами» можно попробовать воспользоваться, если обнаружится, что явление не уникально, а распространено, в том числе для клеток человека. Совершенно не обязательно это должна быть именно реакция на изменение концентрации солей, это могут быть какие-то другие воздействия, на определенную частоту которых будет неадекватно реагировать какой-то другой биохимический каскад. Но если обнаружить такую «дыру в защите», например, раковых клеток, можно пробовать специально вводить клетки в заблуждение и провоцировать их гибель.

Подобные исследования могут иметь широкие перспективы для медико-биологических исследований, особенно если задуматься о том, как много может зависеть всего лишь от периодичности, с которой мы производим над живой системой какое-либо действие.

По: http://phys.org

Фото: ZEISS Microscopy https://www.flickr.com Авторские права: https://creativecommons.org

Подготовила Мария Перепечаева

: 29.11.2015