Деякі клітини після пересадки їх з тварин в лабораторну культуру сильно змінюють свій епігенетичний портрет.
Культивування клітин вже давно стало методом (точніше, цілим комплексом методів), без якого не обходиться жодна лабораторія, чим би вона не займалася, будь то нейронні мережі або рак. Мова в даному випадку йде не про бактерії, а про еукаріотичні клітини. У якийсь момент біологи зрозуміли, що біологічні молекули і біохімічні реакції «в пробірці» часто поводяться зовсім інакше, ніж в живому організмі, не кажучи вже про те, що самі клітини, їх ядра, хромосоми, мітохондрії, мембрани та інше краще вивчати на живих об'єктах, а не на мертвих, фіксованих препаратах. З іншого боку, далеко не всякий процес можна вивчити на цілому організмі, навіть на такому відносно простому, як хробак нематоду. Ось клітинні культури і стали зручним компромісом.
Однак клітини, що ростуть в лабораторному посуді - все-таки не повноцінний орган і вже тим більше не організм. Вони все одно можуть поводитися неприродно, і нова стаття в Genome Biology це тільки підтверджує. Дослідники з Лінчепінгського університету (Швеція) та Університету Единбурга (Великобританія) виявили, що клітини після пересадки їх з організму в культивовані умови стрімко втрачають епігенетичні мітки на своїй ДНК. Як відомо, активність генів залежить не тільки від послідовності нуклеотидів у них, а й від особливих хімічних модифікацій нуклеотиду цитозину, коли особливі ферменти приєднують і від'єднують від нього метильні групи. Метилювання та деметилування ДНК - один з найпотужніших механізмів регуляції генетичної активності; вважається, що розвиток злоякісних пухлин починається в тому числі і через розрегульоване метилювання.
Нуклеотид цитозин може бути в двох «епігенетичних» варіантах: просто з метильною групою (тоді він називається 5-метилцитозин) і коли до метильної групи додається ще гідроксильний залишок (тоді він називається 5-гідроксиметилцитозин). Виявилося, що в ембріональних фібробластів миші гідроксильні залишки з цитозинів зникають буквально наступного дня після того, як їх дістали з тварини і пересадили в культуральний посуд: 5-гідроксиметилцитозини перетворюються на 5-метилцитозини, тобто одна епігенетична мітка перетворюється на іншу. Експеримент повторили з одним з різновидів Т-лімфоцитів, і отримали той же результат. При цьому «епігенетичний» 5-метилцитозин залишався недоторканим.
Автори роботи вважають, що така перебудова пов'язана з падінням активності ферменту, який забезпечує приєднання гідроксильної групи до нуклеотиду. Дійсно, чим довше клітини ростуть в лабораторній культурі, тим менше в них активність гена, що кодує необхідний білок. Водночас, якщо культивованим клітинам давали вітамін С, який необхідний гідроксилюючому білку для роботи, то епігенетичні мітки зникали не так швидко. Тобто справа, мабуть, не тільки в зниженні активності гена ферменту, але і в нестачі кофактора-вітаміну.
Зникнення гідроксиметилцитозину може в цілому порушити епігенетичну динаміку в культивованих клітинах. У нормі позначений метильною групою нуклеотид може стати знову звичайним тільки після того, як до його метильної групи додасться гідроксильна група - потім весь хімічний хвіст знімається, і цитозин повертається в свій «неепігенетичний» стан. Однак, якщо білок, завідуючої гідроксилами, не працює, то на ДНК залишатимуться метильовані цитозини, що неминуче позначиться на активності генів.
Епігенетичні механізми потрібні для того, щоб клітина вчасно зреагувала на зміни зовнішнього і внутрішнього середовища, так що варто дивуватися, що перехід до культурального «способу життя» призвів до змін в модифікаціях на нуклеотидах. Наскільки сильно це впливає на властивості клітин, дослідники поки сказати не можуть, крім того, потрібно ще перевірити, як йдуть справи з людськими клітинами, і особливо з різними різновидами ракових культур. Навряд чи нові дані змусять засумніватися в більшості відкриттів, зроблених за допомогою лабораторних клітин. Проте, очевидно, по-перше, що методи культивування клітин варто вдосконалювати і далі, щоб домогтися максимального наближення до натуральних умов. А по-друге - що останньою інстанцією в будь-якому біологічному дослідженні, будь то випробування нових ліків або вирішення якогось фундаментального питання, залишається експеримент на повноцінному живому організмі, або хоча б на цілому органі.
Підготовлено за матеріалами The Scientist.