Большинство живых клеток в человеческом организме имеют определенное количество хромосом: клетки человека, например, имеют 23 пары. Поскольку клетки делятся, они могут делать ошибки, которые приводят к увеличению или потере хромосом.

Впервые биологи университета MIT теперь определили механизм, который иммунная система использует для устранения этих генетически несбалансированных клеток из организма. В соответствии с этими выводами, почти сразу после получения или потери хромосом клетки посылают сигналы, которые набирают иммунные клетки, называемые «естественными киллерами», которые разрушают аномальные клетки.

Полученные данные повышают возможность использования этой системы для уничтожения раковых клеток, которые почти всегда имеют слишком много или слишком мало хромосом.

«Если мы сможем повторно активировать эту систему иммунного распознавания, это будет действительно хороший способ избавиться от раковых клеток», — говорит Анжелика Амон, профессор Кэтлин и Кертис Мрамор, участвующая в исследовании рака в отделе биологии Массачусетского технологического института, член Koch Institute for Integrative Cancer Research, и старший автор исследования.

Стефано Сантугида, научный сотрудник Института Коха, является ведущим автором этой статьи, опубликованной в выпуске «Developmental Cell» от 19 июня.

По его словам, прежде, чем клетка делится, ее хромосомы реплицируются, а затем выстраиваются в середине клетки. Когда клетка делится на две дочерние клетки, половина хромосом втягивается в каждую клетку. Если эти хромосомы не могут отделиться должным образом, процесс приводит к несбалансированному числу хромосом в дочерних клетках — состоянии, известному как анеуплоидия.

Когда анеуплоидия встречается в эмбриональных клетках, она почти всегда смертельна для организма. Для человеческих эмбрионов дополнительные копии любой хромосомы являются летальными, за исключением хромосомы 21, которая вызывает синдром Дауна; хромосомы 13 и 18, которые приводят к нарушениям развития, известным как синдромы Патау и Эдвардса; и X и Y половые хромосомы, дополнительные копии которых могут вызывать различные расстройства, но обычно они не смертельны.

В последние годы лаборатория Амона изучает очевидный парадокс анеуплоидии: когда нормальные взрослые клетки становятся анеуплоидами, это ухудшает их способность выжить и размножаться; однако раковые клетки, которые почти все анеуплоиды, могут расти неуправляемо.

Чтобы попытаться ответить на этот вопрос, исследователи хотели узнать больше о том, как анеуплоидия влияет на клетки. За последние несколько лет Сантугида и Амон изучали, что происходит с клетками сразу же после того, как они испытывают неправильную сегрегацию хромосом, приводя к несбалансированным дочерним клеткам.

В новом исследовании они исследовали влияние этого дисбаланса на цикл деления клеток, вмешавшись в процесс правильной привязки хромосомы к веретену, структуру, которая удерживает хромосомы на месте экватора клетки перед делением. Это вмешательство приводит к тому, что некоторые хромосомы отстают и перетасовываются в две дочерние клетки.

Исследователи обнаружили, что после того, как клетки подверглись их первому делению, в котором некоторые из хромосом были распределены неравномерно, они вскоре инициировали еще одно деление клеток, что вызвало еще больший дисбаланс хромосом, а также значительное повреждение ДНК. В конце концов, клетки перестали делиться вообще.

«Эти клетки находятся в нисходящей спирали, где они начинают с немного геномного беспорядка, и это становится все хуже и хуже», — говорит Амон.

По мере накопления генетических ошибок анеуплоидные клетки в конечном итоге становятся слишком неустойчивыми, чтобы продолжать делиться. В этом стареющем состоянии они начинают продуцировать индуцирующие воспаление молекулы, такие как цитокины. Когда исследователи подвергали эти клетки иммунным клеткам, называемым естественными клетками-киллерами, естественные киллерные клетки уничтожали большинство анеуплоидных клеток.

«Впервые мы являемся свидетелями механизма, который может обеспечить очистку клеток с несбалансированными хромосомными числами», — говорит Сантугида.

В будущих исследованиях исследователи надеются более точно определить, как анеуплоидные клетки привлекают естественные клетки-киллеры, и выяснить, участвуют ли другие иммунные клетки в очистке анеуплоидных клеток. Они также хотели бы выяснить, как опухолевые клетки способны уклониться от этого иммунного клиренса, и возможно ли возобновить процесс у пациентов с раком, поскольку около 90 процентов твердых опухолей и 75 процентов рака крови являются анеуплоидами.

«В какой-то момент раковые клетки, которые очень анеуплоидны, способны уклониться от этого иммунного наблюдения», — говорит Амон.

«Мы действительно не понимаем, как это работает. Если мы сможем понять это, это, вероятно, имеет огромное терапевтическое значение, учитывая тот факт, что практически все виды рака анеуплоидны», — добавляет ученый.