Унікальні види рослин дають нові знання про рак

Нове дослідження вивчає адаптаційні стратегії поліплоїдних рослин, пропонуючи інформацію про лікування раку та підвищення стійкості культур до викликів навколишнього середовища. Дуплікація повного геному (WGD) відбувається в усіх царствах життя. Хоча він найбільш поширений у рослинах, він також має місце в деяких дуже агресивних ракових захворюваннях. Після WGD клітина отримує додаткові набори геномів і називається поліплоїдом.

Більшість наших основних культур також є поліплоїдними, зокрема пшениця, яблука, банани, овес, полуниця, цукор і капуста, як-от брокколі та цвітна капуста. Поліплоїдія також виникає в деяких з найбільш агресивних гліом (рак мозку) і пов’язана з прогресуванням раку. Загалом поліплоїдія була пов’язана з міцністю (як у сільськогосподарських культур) та адаптацією до навколишнього середовища (як у ракових пухлинах, які метастазують).

Оскільки поліплоїди мають більше геномів, якими потрібно керувати, подвоєння цих геномів може бути слабкою стороною, тому важливо зрозуміти, які фактори стабілізують молоді поліплоїди та як еволюціонують популяції з подвоєним геномом.

У цьому новому дослідженні, опублікованому в Cell Reports, експерти зі Школи наук про життя Ноттінгемського університету розглядають, як три успішно поліплоїдні види рослин еволюціонували, щоб управляти додатковою ДНК, і чи кожен з них робив це по-різному чи всі однаково.

Дослідження поліплоїдів

Професор Леві Янт, який керував дослідженням, сказав: «Розуміння низки проблем, з якими стикаються поліплоїди, може допомогти нам зрозуміти, чому одні досягають успіху, а інші ні. Ми бачимо, що успішні поліплоїди долають певні проблеми з управлінням ДНК, і ми зосереджуємося на тому, що саме є їхнім «природним рішенням».

«У нашому дослідженні ми розглянули три випадки, коли види адаптувалися до «поліплоїдного життя» і не тільки вижили, але навіть процвітали. Потім ми перевірили, чи використовували вони ті самі молекулярні розчини, щоб вижити. На диво, вони цього не зробили».

Дослідники виявили, що найчіткіший сигнал про швидку адаптацію до поліплоїдного стану надходить від молекули CENP-E, яка є точною молекулою, яку інші групи нещодавно виявили як ахіллесову п’яту для поліпоподібного раку, і є багатообіцяючою терапевтичною мішенню для знищення ракові захворювання. Наступний найбільш чіткий сигнал надійшов від «генів мейозу», які, як зазначає професор Янт, увімкнені в багатьох ракових захворюваннях, тоді як вони вимикаються майже в усіх нормальних клітинах.

Наслідки для дослідження раку та сільського господарства

«Ми виявили сигнали швидкої адаптації до стану WGD у тих самих молекулярних мережах, а у випадку CENP-E — точну молекулу, яка особливо важлива для поліплоїдних видів раку», — продовжує професор Янт.

«Цей WGD дає раку короткочасну перевагу перед більшістю методів лікування, але націлювання саме на цю молекулу, CENP-E, спеціально вбиває поліплоїдний рак. Це яскравий приклад еволюційного повторення (або конвергенції) з абсолютно різних напрямків, але до тієї самої адаптивної перешкоди. Тепер ми можемо взяти цю модель, яка добре адаптується до поліплоїдії та може сформулювати наші думки про певні види раку».

Результати дослідження можуть вплинути на краще розуміння того, як певні поліплоїдні види раку, такі як гліоми (рак головного мозку), здатні використовувати поліплоїдію для прогресування, і на які молекули можна націлити як частину будь-якої терапії, щоб «вбити» ракові клітини.

У більш широкому плані дослідження є важливим доказом того, що еволюційна біологія видобутку цих природних розчинів може стати основою для майбутніх методів лікування. Нарешті, дослідження також ілюструє різні способи в майбутньому, за допомогою яких ми можемо краще сконструювати наші численні поліплоїдні культури, щоб вони були більш стійкими до певних катаклізмів, таких як зміна клімату.