Ремонтный цех для генов: Вопросы радиационной безопасности
Такая почти аварийная ситуация ежедневно разыгрывается в клетках астронавтов: высокоскоростные частицы космической радиации пронизывают насквозь тела космических путешественников. Некоторые из этих частиц случайным образом сталкиваются с молекулами ДНК и повреждают их: «командный центр» клетки оказывается поврежден. Такая ситуация может привести к непредсказуемым последствиям и даже к возникновению злокачественной опухоли.
По счастью, в клетке действуют эффективные механизмы восстановления генетического материала — системы репарации. Они оперативно обнаруживают повреждения и в большинстве случаев успешно справляются с их «ремонтом». До сих пор считалось, что репарационные белки действуют лишь в месте повреждения — пока недавнее исследование, проведенное командой Френсиса Кацинотты (Francis Cucinotta) не показало, что в некоторых случаях клетка может передавать фрагменты ДНК в специальные «ремонтные мастерские». Судя по всему, так происходит с особенно сильно поврежденными участками.
Если это действительно так, то находка предлагает ученым удобную возможность различать небольшие повреждения генетического материала от серьезных. В отличие от малых повреждений, с большинством которых системы репарации справляются успешно, большие не всегда удается исправить, и работа клетки может нарушаться вплоть до полной дисфункции или перерождения в злокачественное образование. Так что своевременное перемещение таких сильно поврежденных фрагментов в «ремонтные мастерские» может оказаться эффективнее и безопаснее, и даже если исправить его не удастся, это приведет максимум к гибели отдельной клетки — спасая организм в целом.
В своих экспериментах ученые воздействовали на культуры человеческих клеток целым арсеналом вредоносных штук: гамма- и рентгеновским излучением, ядрами атомов железа, разогнанными в ускорителе. Такие железные ядра довольно близки по воздействию с космическими лучами — самом опасном для живых организмов компоненте космического излучения. Разогнанные до колоссальных скоростей частицы космических лучей легко проникают сквозь оболочку корабля и наносят особенно серьезные повреждения любым биомолекулам, которые только попадутся на их пути.
Ученые подвергали клетки разрушительной бомбардировке в течение 10 минут. При этом к репарационным белкам были присоединены флуоресцирующие фрагменты, так что, наблюдая области зеленого свечения, можно было проследить за областями, где «ремонт» ДНК шел наиболее активно. Таким путем и удалось обнаружить, что помимо белков, связавшихся с нитью ДНК непосредственно в местах повреждения, часть из них концентрировалась в других частях клетки.
По мнению авторов исследования, перемещение особо сильно поврежденных фрагментов ДНК облегчает их восстановление. Комплексные системы репарации требуют участия десятков различных белков. Вместо того, чтобы собирать их вокруг поврежденного фрагмента, энергетически выгоднее может быть создание поблизости, в клеточном ядре «ремонтных мастерских», где сохраняются все необходимые ферменты. Впрочем, детали работы такой системы остаются невыясненными.
Хотя идея о существовании таких «ремонтных мастерских» нова, можно вспомнить схожие механизмы, действующие у более простых существ, чем мы. К примеру, когда бактерии удваивают свою единственную хромосому, происходит это не движением фермента по нити ДНК (как бегунок движется по замку-молнии — как это происходит у нас), а постепенным движением самой ДНК через белковый комплекс, неподвижно закрепленный на мембране клеток — здесь бактерия собрала все необходимые для этого белки.
О других исследованиях систем «починки» ДНК читайте: «Почему все разные», «Геном в геноме».
По сообщению NASA