Каждая клетка должна дублировать свою ДНК, чтобы делиться. Раковые клетки делятся быстрее, чем так называемые нормальные клетки организма, и скорость их размножения во многом зависит от того, насколько быстро реплицируется ДНК. Этот факт делает исследования ДНК перспективным направлением в лечении рака.

Чем больше мы знаем о том, как раковые клетки дублируют свою ДНК, тем лучше мы можем управлять этим процессом. Конечная цель состоит в том, чтобы замедлить или остановить распространение раковых клеток или уничтожить их навсегда. Поэтому группа ученых из Таллиннского технического университета под руководством старшего научного сотрудника Татьяны Моисеевой начала работу над фундаментальными исследованиями, чтобы выяснить, как клетки запускают процесс дублирования ДНК, пишет портал Novaator.

Как остановить рост раковых клеток?

Последняя научная статья, написанная Моисеевой, была опубликована в журнале Nature Communication. Работа была сосредоточена  на том, как развитие раковых клеток и скорость этого процесса зависят от ДНК.

Уникальная последовательность генов во многом определяет продолжительность жизни организма. Вся информация о том, как функционирует клетка и что ее характеризует, хранится в ДНК. Сами клетки воспроизводятся путем деления, что требует удвоения ДНК во время фазы роста клетки (интерфазы). Если ДНК не копируется, клетка не может воспроизводиться.

Также известно, что если ДНК по каким-то причинам повреждена, это может привести к развитию раковых клеток на основе изначально здоровой клетки. Повреждения могут возникать в ходе повседневной деятельности или из-за мутаций ДНК в результате копирования — это часто приводит к образованию опухолей. Поэтому одним из исследовательских направлений науки является изучение генома человека через ДНК с целью выявления и предотвращения наследственных заболеваний.

Долгосрочный план исследований Татьяны Моисеевой — найти вещества, которые, нарушив копирование ДНК раковых клеток, не давали бы им делиться. В будущем это может стать основой для разработки эффективных лекарств от рака или повышения эффективности лечения рака другими способами.

Много вопросов

Моисеева объяснила, что для репликации, ДНК при помощи ферментов разделяется на две нити. Затем на каждой из них достраивается еще одна нить, образуя две идентичных дочерних ДНК, которые затем скручиваются в отдельные спирали.

До сих пор развитие ДНК изучалось преимущественно на основе клеток дрожжей, но Моисеева говорит, что не все процессы, происходящие в клетках человека, могут быть перенесены на дрожжевые. Чтобы создать препараты, достаточно хорошо работающие в организме человека, эксперименты должны быть направлены на конкретные раковые клетки.

"Процесс запуска репликации ДНК очень хорошо изучен на клетках дрожжей, потому что с ними легко работать. Ученым давно известно, что в дрожжах одна из ДНК полимераз (белковых машин, которые собирают цепочки ДНК из звеньев — нуклеотидов) — полимераза эпсилон — необходима для сборки и активации геликазы, которая разделяет две нитки ДНК в процессе репликации. Но на клетках человека это никто не изучал до нас. А это очень важно, потому что раком болеют не дрожжи, а люди. И важно знать, как это происходит в клетках человека", — объясняет Моисеева.

Ученые растят раковые клетки в лаборатории, поэтому нет необходимости брать их у пациентов. "Для этого проекта мы модифицировали раковую клеточную линию так, чтобы клетки могли быстро расщеплять все молекулы ДНК полимеразы эпсилон по нашему сигналу. С помощью этой системы мы проверили, какую роль эта полимераза играет в запуске репликации. Оказалось, что, в отличие от дрожжей, клетки человека смогли собрать и активировать геликазу и в отсутствии полимеразы эпсилон. Но запустить репликацию все равно не смогли. К нашему удивлению, модифицированная/инактивированная версия полимеразы эпсилон, неспособная собирать звенья ДНК в цепочку, оказалась достаточна для запуска репликации в раковых клетках человека. Это говорит о том, что в данных клетках у полимеразы эпсилон есть другая роль в запуске репликации — не связанная напрямую ни с ее главной функцией — синтезом новой цепочки ДНК, ни со сборкой геликазы. В чем эта роль, мы пока не знаем, это тема будущих исследований", — говорит ученый.

Мутации в гене ДНК полимеразы эпсилон часто обнаруживаются в раковых опухолях, а некоторые из них могут вызывать врожденные дефекты развития. Модифицированные клетки, которые исследователи создали для этого проекта, помогут в будущем изучить, как эти мутации влияют на репликацию, и эта информация поможет в борьбе с раком и и другими болезнями, вызванными этими мутациями.

Затронуть только раковые клетки

Быстрое размножение раковых клеток дает исследователям основания надеяться, что если им удастся разработать препарат для остановки размножения ДНК, то он будет работать в первую очередь в раковых клетках с более быстрым развитием. Здоровые клетки будут в значительной степени не затронуты.

В то же время в организме есть и здоровые клетки, которые быстро размножаются, например, клетки крови, кожи и органов пищеварения. Из-за этого борьба с раком, развивающимся в этих тканях, была затруднена. Например, химиотерапия также повреждает здоровые клетки. Таким образом, перед исследователями стоит задача найти способы предотвратить только развитие раковых клеток, оставив незатронутыми здоровые.

К настоящему времени исследовательская группа Татьяны Моисеевой получила грант на углубление исследований, что позволяет ей включать в свою команду докторантов. Таким образом, она надеется в будущем провести еще несколько исследований механизма дублирования внутриклеточной ДНК.

---

Из России через Америку в Эстонию

Татьяна Моисеева, старший научный сотрудник Института химии и биотехнологии факультета естественных наук Таллиннского технического университета (ТТУ), по образованию молекулярный биолог. Свою научную деятельность начала в 2005 году в Санкт-Петербургском политехническом университете, а затем в Санкт-Петербургском институте цитологии РАН. Затем Моисеева почти на шесть лет переехала в Питтсбургский университет в США и во второй половине 2019 года поступила в Таллиннский технический университет.

Татьяна Моисеева, уже удостоенная нескольких национальных научных премий в России, защитила докторскую диссертацию в 2010 году.

В США она была штатным постдокторантом, однако эта должность ограничена конкретным исследовательским проектом и выделенным на него грантом. Таким образом, вскоре возникла необходимость найти стабильную работу. Этот же вопрос был актуальным и для мужа Татьяны, который тоже занимается наукой. Когда ему предложили работу в ТТУ, он решил переехать в Эстонию.

На месте выяснилось, что для Татьяны также есть подходящая работа и возможности развития. Сейчас, прожив здесь более трех лет, она говорит, что очень довольна своим выбором — работа интересная, а область исследований, начатая в Америке, открывает широкие возможности.

Работая в Институте химии и биотехнологии Таллиннского технического университета в Эстонии, Татьяна Моисеева занимается исследованиями, связанными с биологическими науками и науками об окружающей среде. Это также включает исследования в области здравоохранения, например, биохимию, генетику, микробиологию, клеточную и молекулярную биологию.

Моисеева рассказала, что ее всегда интересовала молекулярная биология, то есть все механизмы, которые касаются клеток — как работают клетки, как они устроены и что влияет на эти процессы. Другими словами, ее интересуют все те аспекты, которые остаются незаметными для обычного человека, но когда-то были созданы природой и благодаря которым мы живем.