Мозъчните тумори обменят генетична информация с помощта на вирусоподбни частици

Учени от Московския физико-технически институт (МФТИ), Русия, установяват, че глиомните клетки (мозъчни тумори) са в състояние да обменят помежду си генетична информация като затова използват вирусоподни частици. Самите частици се образуват от протеина Arc, който образува капсулирани контейнери за иРНК. Обменът на информация може да играе важна роля за растежа на тумора.

Началният тласък за научните търсения

Екипът аргументира идеята си за проучването по следния начин: Протеинът Ars (activity-regulated cytoskeleton-associated) има много важна регулаторна роля за комуникацията между невроните в мозъка чрез специални контакти – синапси. Колкото по-висока е активната зона на синаптичните контакти и колкото по-голяма е плътността на рецепторите върху постсинаптичната мембрана, толкова по-силна е интерневронната връзка. Самият процес на стабилизиране на контактите между невроните играе важна роля в механизмите, които са свързани с различни когнитивни функции, например, с формирането на паметта. Ars може както да усили, така и да отслаби синоптичните контакти.

Генът на протеина Ars има вирусен произход. Очевидно в хода на еволюцията той е опитомен от групата РНК, която съдържа ретровируси. Способен е да образува капсиди. Това са протеиновите контейнери за генетичен материал – иРНК. И точно в този капсиден котейнер иРНК може да се прехвърля от един неврон към друг с помощта на извънклетъчни везикули. Възможно е този механизъм също да играе роля при формирането и при регулирането на силата на синаптичните контакти.

>>>Изкуствен интелект открива тумори в мозъка

Синапсите се образуват не само между неврони. Последните проучвания показват, че злокачествените мозъчни тумори също могат да образуват синапси с неврони. И благодарение точно на образуването на невроглиомни синапси туморните клетки получават биохимични сигнали, които насърчават тяхното оцеляване и стимулират деленето им и лекарствената резистентност.

Ръководителят на проекта Михаил Дуриманов, кандидат на биологичните науки и заместник-ръководител на лабораторията по специални клетъчни технологии в Московския физико-технически институт обяснява научните търсения на екипа: „В светлината на тези факти се запитахме дали глиомните клетки не биха могли също така да отделят и обменят везикули с иРНК, съдържащи капсиди от протеина Ars, по същия начин, по който го правят невроните?“

Проучването

По време на работата си учените откриват, че протеинът Ars е експресиран силно в няколко човешки глиомни клетъчни линии. И той, и иРНК, която го кодира, са открити в извънклетъчни везикули, които са секретирани от глиомни клетки. От своя страна везикулите с Ars капсиди се различават от останалите по това, че имат по-малък диаметър, който може да се сравни с размера на ретровирусните частици. Производството им се увеличава значително в клетки с повишена Ars експресия, докато глиомните клетки с изкуствено изрязан Ars ген не ги произвеждат.

Изследователите показват, че Ars везикулите, които съдържат иРНК, могат да бъдат погълнати от реципиентните глиомни клетки посредством макропиноцитоза, след което доставената иРНК се транслира във функционален протеин.

Следващата стъпка на екипа е свързана с търсенето на поредните отговори. След като са идентифицирали механизма на обмен на вирусоподобни частици, този път учените се заемат да разберат колко сериозен е неговият принос за обмена на иРНК между клетките на глиома.

>>>Ваксина за профилактика на мозъчни тумори показва между 75% и 100% преживяемост при мишки с глиома

За да отговорят на въпроса, учените получават клетки от оригиналната глиомна линия. След това ги експресират или като червен (red fluorescent protein RFP), или като зелен флуоресцентен протеин (green fluorescent protein GFP).

Генът, който кодира протеина Ars в червените клетки, е премахнат изкуствено. При някои от зелените генът Ars е изключен, а при други е с повишена експресия. След това червените клетки биват култивирани заедно със зелените, в които експресията на Ars е или потисната, или подобрена. И тъй като протеина може да образува комплекси и да прехвърля всяка иРНК в реципиентни клетки дори и в кодиращата GFP, то сравнението на дела на клетките с двойната експресия на RFP и GFP в две съвместни култури помага да се установи приносът на Ars за обмена на иРНК между глиомните клетки.

Оказва се, че наличието на Ars експресия води до трикратно увеличение на броя на двуцветните клетки. Изводът, който екипът прави, е, че механизмът на предаване на информацията с помощта на извънклетъчни везикули с комплекси иРНК/Ars има значителен принос за общуването и връзката на глиомните клетки една с друга.

Както заключава Михаил Дурманов: „Не е изключено този механизъм на обмен на иРНК с участието на протеина Ars да е възможен не само между глиомни клетки, но и между тях и неврони, което може евентуално да допринесе за образуването на невроглиомни синапси. И точно тази хипотеза трябва да проверим скоро.“

Резултатите от изследването, публикувани в списанието Biochimica et Biophysica Acta, помагат да бъде разбрана биологията на развитието на глиомите, които са най-честата и опасна форма на рак на мозъка.

В екипа участват както учени от МФТИ, така и от Московския държавен университет „Ломоносов“, Националния медицински изследователски онкологичен център и от Федералната медико-биологична агенция.