Исследователи университета имени Джона Хопкинса, США, обнаружили, что одним из важнейших регуляторов клеточного цикла является углевод с несложной молекулярной структурой.

Молекулы углевода, известного как O-GlcNAc, используются клетками для модификации белковых молекул, что, в зависимости от ситуации, вызывает активацию или блокирование функций белков, способствует или, наоборот, препятствует их взаимодействию с молекулами других соединений, а также вызывает либо предотвращает их разрушение. Исследователи утверждают, что эти взаимодействия играют важную роль в контроле за регуляцией клеточного цикла и их нарушения могут способствовать развитию ряда серьёзных заболеваний, в том числе онкологических.

На протяжении десятилетий считалось, что процесс деления клетки контролируется наличием или отсутствием внутри неё особых белков – циклинов, однако последние исследования показали, что при удалении из клетки или блокировании любого из этих протеинов сбоев в клеточном цикле не наблюдается. В то же время оказалось, что при увеличении или снижении количества связанных с белками молекул углевода O-GlcNAc процесс клеточного деления нарушается и не восстанавливается до тех пор, пока уровень O-GlcNAc не приходит в норму.

В результате экспериментов на человеческих и мышиных клетках было обнаружено, что, если клетку лишить возможности отщеплять молекулы O-GlcNAc от протеинов, в ней запускается процесс копирования генетического материала и синтеза нового ядра, однако удвоения клетки при этом не происходит. В итоге образуются клетки, содержащие более одного ядра, что, как правило, является признаком злокачественности.

С другой стороны, в клетках, содержащих повышенный уровень фермента, отщепляющего молекулы данного углевода от молекул белков, образуются атипичные ядра. При изучении в микроскоп при большом увеличении содержимое таких ядер выглядит как бы «сморщенным», что обеспечивается неравномерным, в отличие от нормальных ядер, распределением генетического материала в цитоплазме.

Группа, занимающаяся изучением O-GlcNAc, работает над проблемой уже два десятка лет – с тех пор, как ими была обнаружена способность углевода модифицировать молекулы различных внутриклеточных белков. Исследователям уже известны ферменты, присоединяющие молекулы O-GlcNAc к белкам и отщепляющие их. Удаление или блокирование ферментов позволяет контролировать наличие/отсутствие модифицирующих молекул углевода на белковых молекулах. Но до сих пор до конца не ясно, нарушение какого именно механизма приводит к сбоям в процессе удвоения клетки.

Обычно содержание в клетке фермента, ответственного за прикрепление молекул O-GlcNAc к белкам, повышается во время наиболее активной фазы клеточного цикла. При удалении или блокировании этого фермента с помощью специальных реагентов клеточный цикл затягивается и происходят сбои в механизме удвоения клетки. Это делает очевидным тот факт, что фермент играет далеко не последнюю роль в процессе регуляции деления клетки.

В то же время, роль самого углевода O-GlcNAc и его присутствия или отсутствия на молекулах белков может варьировать и зависит сугубо от того, с молекулой какого протеина он вступает во взаимодействие.

Исходя из полученных данных, можно заключить, что молекулы O-GlcNAc участвуют в модификации не меньшего количества протеинов, чем вездесущие фосфат-анионы, широко известные благодаря своей роли, заключающейся в контролировании функций многочисленных белков организма. Зачастую они даже конкурируют за одни и те же места прикрепления на белковых молекулах. Было даже высказано предположение, что именно соотношение количества молекул O-GlcNAc и фосфатных групп, модифицирующих белковые молекулы, служит для регуляции их функционирования.

В дальнейшем учёные планируют детально исследовать белки, вступающие во взаимодействие с O-GlcNAc и участвующие в процессе клеточного деления на разных его стадиях. Это поможет ответить на вопрос: почему изменение уровня O-GlcNAc-модифицированных белков в клетке может приводить к таким плачевным последствиям.

Источник новости: Bio.com

Пересказала Е. Рябцева