Ученые из Центра геномной регуляции в Барселоне сделали удивительное открытие, заглянув внутрь живой клетки. Оказалось, когда клетку рака сжимают, она мгновенно запускает мощный энергетический ответ. Это как если бы она, попав в тиски, включила аварийный генератор.

Исследователи использовали особый микроскоп, способный сдавливать живые клетки до крошечных размеров — примерно одну тридцатую толщины человеческого волоса. Они наблюдали за клетками HeLa (классическая линия раковых клеток) и увидели следующее:

• В течение секунд после сжатия митохондрии — крошечные энергостанции клетки — устремлялись к поверхности клеточного ядра.
• Они образовывали настолько плотное кольцо, что ядро даже слегка прогибалось внутрь. Ученые назвали эти структуры ЯАМ — ядро-ассоциированные митохондрии.
• Это кольцо начинало усиленно закачивать в ядро молекулы АТФ — универсального клеточного «топлива».

Это заставляет нас полностью пересмотреть роль митохондрий, — говорит доктор Сара Сделчи, соавтор работы. — Это не статичные батарейки, а скорее шустрые спасатели, которых вызывают в чрезвычайной ситуации, когда клетку буквально прижали к стенке.

Дальнейшие эксперименты показали, зачем нужен этот энергетический всплеск. Сжатие повреждает ДНК — рвет ее нити и запутывает. Для починки клетке нужны «ремонтные бригады», которым требуется много энергии (АТФ). Клетки, получившие дополнительную энергию от ЯАМ, успешно чинили ДНК за несколько часов. Те же, у кого этот механизм блокировали, переставали нормально делиться.

Подробности опубликованы в издании Nature Communications.

Ученые также изучили образцы опухолей груди у 17 пациентов. Оказалось, что на инвазивном фронте опухоли (там, где она активно прорастает в окружающие ткани) эти митохондриальные «нимбы» встречались в три раза чаще, чем в плотной сердцевине.

Увидев эту подпись в биопсиях пациентов, мы убедились, что явление важно не только в лаборатории, — объясняет доктор Ритобрата Гхош.

Исследователям даже удалось разгадать «инженерию» этого процесса. Вокруг ядра формируется каркас из белковых нитей актина (тех самых, что помогают мышцам сокращаться) и сетчатой структуры — эндоплазматического ретикулума. Этот каркас и удерживает митохондрии у ядра. Когда каркас разрушали лекарством, система разваливалась и приток АТФ прекращался.

Хотя исследовали раковые клетки, авторы полагают, что это универсальный биологический механизм. Иммунные клетки, пробирающиеся через лимфоузлы, нейроны, растущие в мозге, или клетки эмбриона при формировании органов — все они сталкиваются с похожими физическими силами.

Где бы клетки ни испытывали давление, энергетическая подпитка ядра, вероятно, защищает целостность генома. Это совершенно новый уровень регуляции в биологии клетки, — заключает доктор Сделчи.

Ключевые данные из исследования

Реальная польза этого исследования — в открытии принципиально новой «ахиллесовой пяты» рака. Если метастазирующие клетки критически зависят от этого мгновенного энергетического ответа, чтобы выжить при сжатии и починить ДНК, то его блокировка может стать изящной терапевтической стратегией. Вместо того чтобы травить все митохондрии в организме (что губит и здоровые клетки), можно создать препараты, нацеленные именно на белки каркаса (актин, сети ретикулума), которые удерживают митохондрии у ядра в момент стресса. Это могло бы сделать опухоль менее агрессивной, лишив ее способности безопасно путешествовать по сосудам и проникать в новые ткани, то есть фактически предотвратить метастазирование.

Основное замечание касается перехода от модели к клинике. Исследование проведено блестяще, но на культурах клеток HeLa — это известная, «вечная» линия, которая за десятилетия адаптировалась к лабораторным условиям и может вести себя не так, как „свежие“ раковые клетки в организме. Хотя проверка на биопсиях пациентов — сильный аргумент, наблюдение там было корреляционным (структуры просто видели, но не доказали их активную роль в данных конкретных опухолях). Необходимы эксперименты на более сложных моделях — например, на органоидах или животных, — чтобы убедиться, что блокировка этого механизма действительно останавливает метастазирование in vivo, а не просто явление in vitro.

Ранее ученые открыли новую роль митохондрий в онкологии.