Посилений апоптоз допоміг галапагоським черепахам знизити ризик захворіти на рак

Галапагоські черепахи рідко хворіють на рак завдяки подвоєнню генів, пов'язаних з реакцією на неправильний згорток білка і проблеми з ендоплазматичним ретикулумом. В результаті пошкоджені клітини швидко знищуються за рахунок апоптозу і не встигають нашкодити всьому організму. Як наголошується в препринті дослідження на сайті bioRxiv.org, всі черепахи мають підвищену стійкість до окислювального стресу, що дозволяє їм збільшити тривалість життя і знизити ризик онкологічних захворювань, проте найбільшим і довгоживучим з них довелося придбати додаткові механізми захисту від раку.

Оновлено: 18 листопада 2021 року статтю опублікували в журналі.

Згідно з теоретичними розрахунками, чим більше в організмі тваринного клітин і чим довше воно живе, тим вище його ризик захворіти на рак. Однак насправді збільшення розмірів тіла і тривалості життя супроводжуються появою механізмів, що переважають виникнення і ділення злоякісних клітин. Наприклад, слони рідко хворіють на рак завдяки додатковим копіям гена, який кодує білок, що зупиняє розмноження підозрілих клітин і запускає в них процес апоптозу.

Команда дослідників на чолі зі Скоттом Глаберманом (Scott Glaberman) з Університету Джорджа Мейсона припустила, що аналогічні механізми повинні були з'явитися і у деяких черепах, наприклад, галапагоських (видовий комплекс) і гігантських (), які відрізняються дуже великими розмірами і можуть жити більше 150 років. Проаналізувавши філогенетичне древо загону, вчені з'ясували, що прискорене збільшення розмірів відбувалося відразу в декількох еволюційних гілках черепах, включаючи морських () і трикоготних (), а також, незалежно один від одного, у предків галапагоських, гігантських і нині вимерлих маскаренських черепах ().

Злоякісні пухлини виникають у черепах дуже рідко, причому частота їх появи приблизно однакова у всіх представників загону. Розрахувавши теоретичну ймовірність розвитку раку у різних видів черепах на основі їх розмірів і тривалості життя, Глаберман з колегами прийшли до висновку, що одночасно з тим, як деякі черепахи ставали все більш великими, реальний ризик раку у них значно знижувався. Особливо помітне зниження відбулося у предків галапагоських черепах.

Оскільки у деяких інших великих тварин, наприклад, вже згадуваних слонів, еволюція стійкості до раку пов'язана з появою додаткових копій генів-супресорів пухлин, дослідники вирішили пошукати в геномі черепах ознаки дупликацій генів. Загалом їм вдалося виявити 86 випадків подвоєння генів, характерних для всіх сучасних черепах, а також подвоєння, специфічні для окремих груп, включаючи 245 у бокошейних черепах (), 33 у всіх сухопутних черепах (), 259 у вимерлої абінгдонської слонової черепахи () (одного з видів галапагоських черепах), 201 у пустельного західного гофера (), 273 у каролінської коробчастої черепахи (), 315 у розписної черепахи () і 270 у далекосхідної черепахи ().

Близько дванадцяти відсотків дупликацій генів були пов'язані з придушенням злоякісних пухлин і старінням. Дані гени відповідають за апоптоз, регуляцію клітинного циклу і репарацію ДНК. Ці результати добре співвідносяться з попереднім аналізом геному даного виду. Однак в інших досліджених лініях лише від нуля до шести відсотків подвоєних генів мають відношення до онкологічних захворювань і вікових змін. Виняток становлять лише західні пустельні гофери, у яких 9,4 відсотка подвоєних генів пов'язані зі стійкістю до раку і збільшенням тривалості життя.

На фінальному етапі дослідження Глаберман і його співавтори провели експеримент з фібробластами галапагоських черепах, західного пустельного гофера, а також бірманської (), папужки () і каролінської коробчастої черепах. Клітини рептилій обробляли кількома сполуками, що викликають різні види стресу: туникаміцином, орідпозидом і паракватом. Туникаміцин стимулював апоптоз у фібробластах усіх видів черепах, які брали участь в експерименті, за винятком бірманської, однак у галапагоських рівень реакції був удвічі вищим, ніж у їхніх сородичів. Це говорить про те, що при неправильному згортанні білків і пошкодженнях ендоплазматичного ретикулуму клітини галапагоських черепах швидше піддаються апоптозу. При цьому рівень загибелі клітин, оброблених паракватом, який викликає окислювальний стрес, виявився приблизно однаковим у всіх видів, а на ^ позид, що викликає розриви ДНК, реагували лише клітини гофера.

Автори зазначають, що посилена реакція на окислювальний стрес вважається однією з причин, чому навіть дрібні види черепах відрізняються досить високою тривалістю життя і рідко хворіють на рак. При цьому галапагоські черепахи, які живуть ще довше і досягають більш великих розмірів, обзавелися додатковим механізмом, що знижує ризик онкологічних захворювань: посиленою вибраковкою клітин у відповідь на неправильну згортку білків і проблеми з ендоплазматичним ретикулумом.

Нещодавно ми розповідали про те, як генетики підтвердили повторне відкриття галапагоської черепахи з острова Фернандіна (), яка вважалася вимерлою понад сто років тому.