Обнаружен белок, одновременно связанный с мужской фертильностью и онкозаболеваниями

Недавно ученые из Киотского университета в Японии обнаружили удивительный белок под названием STAG3-когезин. Он одновременно играет важную роль в созревании сперматозоидов и присутствует в клетках лимфом – злокачественных опухолей из лимфоидной ткани.

В сперматогониях – стволовых клетках, которые находятся в мужских яичках и дают начало сперматозоидам, – STAG3-когезин определенным образом организует молекулы ДНК.

Исследования на мышах показали, что эта функция очень важна для нормального созревания мужских половых клеток. Если белок отсутствует из-за мутации, то возникают проблемы с фертильностью.

В то же время, исследуя биоматериал, полученный от людей, ученые обнаружили, что STAG3 весьма активен в B-лимфоцитах (иммунных клетках, которые производят антитела) и злокачественных клетках B-клеточных лимфом. Эксперименты «в пробирке» показали: если заблокировать данный белок в этих клетках, то рост опухолей замедляется.

Таким образом, это открытие может иметь сразу двойное значение в медицине: оно способно помочь в борьбе как с мужским бесплодием, так и с онкологическими заболеваниями.

Одна и та же ДНК, но работает по-разному

Все клетки в организме человека содержат одну и ту же ДНК, но выглядят и функционируют совершенно по-разному. Во многом это обусловлено тем, что ДНК может быть по-разному организована, «свернута» в трехмерном пространстве.

Длина ДНК, хранящейся в одной клетке, составляет около двух метров. Эту огромную молекулу необходимо компактно упаковать, при этом сделать так, чтобы ее отдельные участки не контактировали друг с другом, и установить правила, в соответствии с которыми определенные гены должны активно работать, а другие – «молчать».

Важную роль в такой организации и регуляции играют белки, в частности, белковые комплексы кольцевидной формы, которые называются когезинами.

Зародышевые клетки, находящиеся в половых железах, уникальны тем, что передают генетический материал следующему поколению, и в процессе развития их ДНК претерпевает сильные изменения. Меняется ее пространственная структура, «упаковка». Отдельные участки ДНК в этих клетках отграничены друг от друга когезинами очень слабо, и это необычное явление, природу которого ученые до сих пор не могут до конца объяснить.

Что происходит со стволовыми клетками сперматогенеза?

Японские ученые решили составить «карту когезинов» в стволовых клетках, дающих начало сперматозоидам, и обнаружили новый белковый комплекс STAG3-когезин. Чтобы разобраться, какие функции он выполняет, исследователи создали методом генной инженерии два типа стволовых клеток сперматогенеза:

• В одних клетках отсутствовал белок STAG3.
• В других присутствовал STAG3, но отсутствовали другие белки комплекса когезина.

Проанализировав поведение полученных клеток, ученые выяснили, что STAG3-когезин отвечает за формирование слабых границ между участками ДНК. А если он отсутствует, то стволовые клетки не могут перейти в следующую стадию созревания и превратиться в сперматозоиды. Таким образом, стало понятно, что STAG3-когезин не просто обеспечивает пространственную организацию ДНК, а является критически важным компонентом в образовании мужских половых клеток.

Двуличный белок

Зародышевые клетки содержат двойной набор хромосом (46), как и все остальные клетки тела человека. После того как они превращаются в сперматозоиды, остается только половина от этого количества (23). Потом, когда мужская половая клетка оплодотворяет женскую, два таких половинчатых набора соединяются, и получается снова 46 хромосом. Чтобы из зародышевой клетки получился сперматозоид, должен произойти особый вид клеточного деления – мейоз. Раньше считалось, что белок STAG3 является исключительно мейотическим когезином.

После открытия японских ученых стало понятно, что STAG3 также функционирует и в клетках, делящихся путем митоза – так размножаются все клетки в организме человека, и после такого деления набор хромосом остается прежним.

Этот новый факт породил у исследователей вопрос: может ли STAG3 функционировать в других клетках человека, помимо зародышевых и половых? Чтобы ответить, пришлось проанализировать огромный массив данных. В итоге выяснилось, что STAG3 весьма активен в B-лимфоцитах и в злокачественных клетках B-клеточных лимфом. Когда этот белок блокировали в опухолевых клетках, они прекращали размножаться. Таким образом, STAG3 можно рассматривать в качестве мишени для терапевтического воздействия. Потенциально его можно заблокировать с помощью каких-нибудь лекарственных препаратов, и, возможно, это поможет эффективнее бороться с лимфомами.

В репродуктивной медицине STAG3, наоборот, играет позитивную роль. Изменив его уровень, можно менять долю активных стволовых клеток в мужских яичках.

Открытие японских ученых может оказаться полезным как для онкологов, так и для специалистов в области репродуктивной медицины. Пока, конечно, исследование носит лишь фундаментальный характер. Как воздействовать на STAG3 на практике и тем самым помогать пациентам с нарушением фертильности и онкологическими заболеваниями – вопрос открытый. Поиски ответа на него требуют дальнейших исследований.