Vědci objevili, proč některé buňky s dvojnásobnou DNA odmítají zemřít

Foto: Shutterstock

Úvod do problematiky buněčného dělení

Vědci objevili, že způsob, jakým buňka selže při dělení, může určit, zda přežije, zemře, nebo se potenciálně stane rakovinnou. Tento objev přináší nový pohled na to, jak se buňky chovají, když se dělení pokazí. Někdy buňka úspěšně zkopíruje svou DNA, ale nedokáže se rozdělit na dvě, což ji ponechává s dvojnásobným genetickým materiálem — chyba, která je spojována se stárnutím, rakovinou a dalšími závažnými nemocemi.

Autor původního článku: redakce

Různé osudy buněk s dvojnásobnou DNA

Nová studie ukazuje, že buňky s duplikovanou DNA mohou mít dramaticky odlišné osudy v závislosti na tom, jak selže jejich dělení. Některé abnormální buňky zůstávají stabilní a přežívají — což může pomoci vysvětlit, jak určité rakoviny přetrvávají a vracejí se. Každou sekundu se v lidském těle dělí nespočet buněk, aby vytvořily nové buňky. Je to jeden z nejdůležitějších procesů v biologii, který závisí na tisících molekul, které spolupracují s neuvěřitelnou přesností. Ale někdy se tento proces neočekávaně zhroutí.

Příčiny a důsledky celogenomové duplikace

Předtím než se buňka může rozdělit na dvě samostatné buňky, musí nejprve zkopírovat veškerou svou DNA, aby každá nová buňka obdržela plný genetický plán. V některých případech se DNA úspěšně zkopíruje, ale buňka se nikdy plně nerozdělí. Výsledkem je jediná buňka obsahující dvakrát normální množství DNA, což je stav známý jako celogenomová duplikace (WGD). Jednoduchý způsob, jak si to představit, je jako udělat dvě fotokopie dokumentu, ale omylem umístit obě kopie do stejné složky místo jejich oddělení.

Vědci dlouho věděli, že celogenomová duplikace může mít vážné důsledky. Buňky s extra DNA mohou přestat fungovat normálně, stát se neaktivními, zemřít, změnit se na jiné typy buněk, akumulovat poškození související se stárnutím nebo přispívat k nemocem včetně rakoviny.

Mechanismy selhání buněčného dělení

Výzkumníci z Hokkaido University chtěli pochopit, zda specifický způsob, jakým buňka selže během dělení, mění to, co se stane poté. Tým se zaměřil na dvě hlavní příčiny celogenomové duplikace: selhání cytokineze a mitotický skluz. Během selhání cytokineze buňka dokončí téměř celý proces dělení, ale selže v závěrečném kroku, kdy se fyzicky rozdělí na dvě samostatné buňky. Při mitotickém skluzu buňka zahájí proces dělení, ale vystoupí příliš brzy, než se její chromozomy správně oddělí.

„I když celogenomová duplikace probíhá prostřednictvím více buněčných procesů, nebylo jasné, zda rozdíly v cestě ovlivňují vlastnosti výsledných buněk,“ říká docent Ryota Uehara, odpovědný autor studie. Ačkoli obě chyby zanechávají buňky s dvojnásobnou DNA, vědci zjistili, že výsledky jsou dramaticky odlišné.

Význam pro výzkum rakoviny

Buňky vytvořené prostřednictvím selhání cytokineze byly mnohem stabilnější a měly vyšší šanci na přežití. Buňky produkované prostřednictvím mitotického skluzu však často vykazovaly nerovnoměrné rozdělení chromozomů a nižší míru přežití. Výzkumníci zjistili, že klíčovým faktorem těchto rozdílů byla organizace chromozomů. Při mitotickém skluzu jsou chromozomy často rozděleny nerovnoměrně, což vytváří vážnou genetickou nerovnováhu, která snižuje schopnost buňky přežít. Při selhání cytokineze zůstává rozdělení chromozomů vyváženější, což umožňuje buňkám zůstat stabilnější.

Tým také zjistil, že když experimentálně zlepšili oddělení chromozomů v buňkách podstupujících mitotický skluz, buňky se staly výrazně životaschopnějšími. Tyto poznatky by mohly mít důležité důsledky pro léčbu a prevenci rakoviny. Celogenomová duplikace je běžně nalezena v rakovinných buňkách a některé terapie rakoviny ji mohou neúmyslně spustit také. Buňky, které přežijí po získání extra DNA, mohou pokračovat v množení a potenciálně přispět k opakování nádoru. Nový výzkum naznačuje, že zaměření na procesy oddělování chromozomů by mohlo pomoci zabránit abnormálním buňkám v přežití a pokračování v růstu.

Praktické důsledky a závěr

„Existují různé mechanismy, prostřednictvím kterých může dojít k celogenomové duplikaci, ale jejich odlišné dopady byly do značné míry přehlíženy,“ říká Uehara. „Zpochybnili jsme tento konvenční pohled porovnáním buněk vytvořených prostřednictvím různých mechanismů a zjistili jsme, že tyto rozdíly mohou ovlivnit chování buněk v dlouhodobém horizontu.“