Полиплоидные клетки — сверхспособность, благодаря которой мы еще живы
Если случается что-то из ряда вон, наши клетки способны кратно увеличить количество хромосом и собственные размеры. Это состояние называется полиплоидией, и благодаря ему микроскопические фрагменты нашего тела могут не только видоизменяться, но и обзаводиться новыми свойствами. Иногда так даже появляются новые виды. Расскажем, как именно это помогает организму и почему клеткам важно потом вновь вернуться к обычному состоянию.
Большинство растительных и животных клеток диплоидны, иначе говоря у каждой в ядре два набора хромосом. Один набор, в свою очередь, у гаплоидных клеток — они половые, или, как их еще называют, гаметы. А бывает еще третий вариант, при котором в клетке больше двух наборов: это и есть полиплоидия.
До 80 % клеток человеческого сердца к зрелому возрасту являются полиплоидными
Фото: © Svitlana Holovei / Shutterstock / FOTODOM
Раньше ученые были уверены, что появление полиплоидных клеток вредно для организма. Известно, что они часто встречаются в опухолях. Нормой такое явление считалось только для растений и некоторых редких видов животных. Теперь же выяснилось, что очень многие клетки нашего тела становятся полиплоидными, и это не только нормально, а даже, наоборот, необходимо для выживания.
Открытие сделала группа исследователей из Carnegie Institution for Science, которая изучала стволовые клетки. Ученые пытались разобраться в том, как те участвуют в процессе регенерации. В какой-то момент их внимание привлекли другие клетки вблизи раны, которые выбрали интересную стратегию для помощи организму — они начинали расти, в них дублировалась ДНК, потом процесс прекращался, а клетки становились полиплоидными. Именно они участвовали в заживлении, буквально перекрывая собой рану.
Генетика полиплоидии
Полиплоидия не может считаться аномалией, потому что есть гены, которые естественным образом ей способствуют. Ученые обнаружили, что такие клетки участвуют в формировании тканей разных органов. Другая их важная роль — ответ на стресс, травму, болезнь. Эксперименты показали, что при отключении генов, связанных с полиплоидией, заживление ран не происходит. Выходит, что такие клетки — вроде альтернативного варианта стволовых клеток.
С точки зрения эволюции диплоидный набор хромосом выгоднее для организма. Вот почему его «выбрало» большинство видов. Вместе с тем примерно каждое третье растение полностью полиплоидно. Почему так? Оказалось, что такой подход помогал видам выживать во время природных катастроф и климатических изменений, которые ломали привычный ритм их существования. Исследователи подчеркивают, что в большинстве случаев полиплоидия — это ответ на стресс или травму.
Полиплоидия у растений приводит к увеличению размера плодов, чем пользуются селекционеры
Фото: © Trudy Wilkerson / Shutterstock / FOTODOM
Поскольку полиплоидные клетки имеют несколько копий различных генов, они могут вырабатывать дополнительное количество белка, ускоряющее заживление. Например, там, где во время эксперимента укол иглы нарушал целостность тканей мышцы, эти клетки производили много белка миозина, который помогает мышцам сокращаться. Дополнительный набор хромосом полиплоидных клеток может также сделать их устойчивыми к повреждению ДНК, вызванному воспалением (нормальная диплоидная клетка в таком случае зачастую погибает, что затрудняет восстановление).
Похожий процесс происходит у мышей, чьи почки повреждены токсинами, а также в почках человека, у которого обезвоживание, травма, инфекция или какой-то стресс. После того как проблема решена, количество полиплоидных клеток снижается, потому что их чрезмерное накопление может причинить вред.
Отсюда вытекает главная проблема полиплоидных клеток — они способны помогать онкоцитам противостоять стрессу при лечении. В большинстве опухолей по крайней мере несколько клеток трансформируются в неделящиеся гигантские полиплоидные, а дополнительный генетический материал делает их устойчивыми к химиотерапии или радиации. Сейчас ученые работают над лекарством, которое сможет противостоять вкладу полиплоидных клеток в защиту опухолей.
