Обнаружен новый ген, подавляющий развитие опухолей

Группой исследователей из штата Пеннсильвания, США, был обнаружен неизвестный ранее ген, подавляющий развитие опухолей, а также расшифровано то, как этот ген, в комплексе с другим известным супрессором опухолевого роста, участвует в контроле за разрастанием тканей.

Ученые назвали открытый ими ген "mats". Для своих экспериментов они использовали мутантную линию мух-дрозофил, имеющих дефективный mats-ген. Обычно у таких мух очень быстро развиваются опухоли. Но, при введении в их ДНК человеческого mats-гена и в случае его успешного встраивания в геном, развитие опухолей прекращалось. То есть, человеческий mats-ген успешно справлялся со своей функцией, даже будучи в составе ДНК мухи.

Предполагается, что mats-ген имеется у всех без исключения растений и животных. Авторам удалось идентифицировать дефектный mats-ген в клетках рака кожи человека и рака груди мышей. На основании проделанной работы они считают, что и у животных, и у растений mats-гены регулируют количество клеток организма и разрастание тканей путем ограничения деления клеток и стимулирования их своевременного отмирания.

Mats-ген принадлежит к большому суперсемейству генов и до сих пор ни один ген, входящий в это суперсемейство, не был замечен в регулировании роста клеток или тканей.


Рис.1 Глаз мухи-дрозофилы, в геном который были встроены 2 дополнительных гена: mats и wts. Белки - продукты функционирования этих генов - объединяются в комплекс на молекулярном уровне. При их совместном влиянии глаза очень существенно уменьшаются в размерах и деформируются.

Начать данное исследование ученых подтолкнуло обнаружение интересной линии мух-дрозофил, являющихся типичным объектом лабораторных исследований в области генетики благодаря способности крайне быстро размножаться и легко мутировать. Характерной особенностью мух этой линии было развитие опухолей на теле всех особей. Было высказано предположение, что эта линия характеризуется каким-то генетическим дефектом, являющимся причиной развития опухолей. С помощью метода генетического картирования был выявлен короткий сегмент ДНК, предположительно содержащий мутацию. Далее, с помощью специальных генетических методик, была выделена небольшая группа генов, впоследствии суженная до двух "подозреваемых". После проведения последующей серии молекулярно-биологических экспериментов с обоими генами, был идентифицирован mats-ген.

Оказалось, что дефектный mats-ген имеет дополнительный фрагмент ДНК, каким-то образом в него встроившийся. Это явление называется мутацией типа "мобильный генетический элемент", способный перемещаться из одного участка хромосомы в другой. Этот добавочный генетический материал нарушил нормальное функционирование гена, заключающееся в синтезе определенного белка, выполняющего определенную функцию.


Рис.2 Глаз нормальной мухи.

После этого было проведено скрещивание таких мух-мутантов между собой и выведены клоны, особи которых имели одинаковый генотип. У них всех развивались крупные опухоли различных органов, в том числе головы, глаз, крыльев, ножек и усиков. Кроме того, была искусственно создана новая мутация mats-гена - с помощью другого типа мобильного генетического элемента, способного выходить из последовательности ДНК, унося с собой большое количество генетического материала. В результате, у искусственно полученных мутантов изучаемый ген практически отсутствовал и, в принципе, не мог функционировать. Так как частота возникновения и характер опухолей у мух, несущих оба варианта дефектного mats-гена, не отличались, был сделан вывод, что повреждение именно этого гена является причиной опухолеобразования.

В следующей серии экспериментов, с помощью современных трансгенных технологий, исследователи встраивали нормальный mats-ген в хромосомы дрозофил, обладающих мутированным геном. Формирование опухолей у мух при этом прекращалось. Такой же эффект наблюдался при введении мухам человеческого mats-гена. Кроме того, дополнительные эксперименты показали, что этот ген необходим для нормального созревания клеток глаза мухи в процессе его развития.

Были также предприняты попытки разгадать, каким образом mats-ген останавливает рост новообразований. В результате длительных поисков в существующих базах данных был обнаружен подобный ген, входящий в состав генома дрожжей. В результате функционирования этого гена происходит синтез белка, вступающего в комплекс с киназой - ферментом, катализирующим активность генов. Предположение, что белок - продукт функционирования mats-гена - может образовывать комплекс с киназой, являющейся продуктом так называемого "wts"-гена, известного своей противоопухолевой активностью, было доказано на практике.


Рис.3 Mats-ген этой мухи содержит мутацию, в результате которой нарушается контроль за ростом тканей. В результате этого, вместо ровной поверхности головы между глазами мухи можно наблюдать крупную выпуклость, образованную опухолевой тканью.

Для подтверждения совместного функционирования mats- и wts-генов было проделано 3 эксперимента. В первом эксперименте мухам вводился дополнительный нормальный mats-ген, при этом изменения формы глаз насекомых не наблюдалось. Во втором эксперименте, при добавлении в геном wts-гена, глаза мух уменьшались в размерах и деформировались. И, наконец, при введении двух дополнительных генов, глаза мух уменьшались еще более значительно. То есть, действие генов проявляется гораздо сильнее при их совместном функционировании, направленном на подавление деления клеток и стимулирование клеточной гибели. Отдельные эксперименты также показали, что на молекулярном уровне белковые продукты этих двух генов способны структурно объединятся в комплекс.

Это открытие позволяет лучше разобраться, как в организме происходит контроль роста тканей, как в процессе нормального развития, так и в случае формирования опухолей. Возможно, дальнейшие исследования позволят разработать новые методы терапии злокачественных новообразований.

Источник: EurekAlert
Пересказала Е. Рябцева, http://www.scientific.ru