Ультрафиолетовое излучение Солнца, а также злоупотребление искусственным загаром — частая причина повреждения ДНК, которое может привести к таким заболеваниям, как меланома — рак кожи. Но не могут ли наши клетки сами устранить эти повреждения? Исследователи из Университета Сабанджи нашли удивительный ответ: когда ДНК повреждается УФ-излучением, клетки проводят трехмерную реорганизацию своего генетического материала, включая процесс самоспасения. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Новый взгляд на репарацию ДНК
ДНК — это не просто длинная цепочка генетических инструкций. Она аккуратно сворачивается в «трубочку» и упаковывается внутри наших клеток. Это свертывание не случайно; оно является частью сложной системы, которая позволяет клетке при необходимости получать доступ к определенным участкам ДНК, например, во время процессов экстренного восстановления после ожога ультрафиолетом.
Когда на организм воздействует ультрафиолетовое излучение, оно провоцирует крошечные травмы, которые могут блокировать важнейшие клеточные функции. Но эти повреждения не возникают изолированно. Вся структура ДНК клетки подстраивается, помогая специализированным бригадам «скорой помощи» более эффективно добираться до поврежденных участков.
Перегруппировка ДНК для регенерации
Представьте себе свой геном в виде библиотеки, где книги (гены) хранятся на полках (участках ДНК). Когда происходит повреждение под воздействием ультрафиолета, полки перестраиваются, приближая поврежденные книги к инструментам для ремонта. Это движение ускоряет и повышает эффективность процесса восстановления.
Чтобы выявить закономерности реорганизации ДНК, исследователи использовали передовую систему глубокого обучения. Анализируя огромные объемы геномных данных, они обнаружили едва заметные изменения в том, как участки взаимодействуют друг с другом после повреждения ультрафиолетовым излучением. Этот передовой метод показал не только места повреждения, но и то, как геном перестраивается, чтобы прийти на помощь пострадавшим участкам ДНК.
Исследователи обнаружили, что фрагменты генома, где ДНК особенно активна и доступна, восстанавливаются в первую очередь. Эти участки подобны зонам с высокой посещаемостью в библиотеке, где в первую очередь реставрируются наиболее важные книги. Это позволяет клеткам поддерживать основные функции даже в стрессовых условиях, каковыми является воздействие ультрафиолета.
Больше, чем просто восстановление
Помимо восстановления поврежденной ДНК УФ-излучение вызывает изменения в активности генов. Некоторые гены, особенно те, которые участвуют в координации защиты клетки, становятся более активными. Эти гены вырабатывают белки, которые помогают клетке выживать и восстанавливаться.
Например, гены JUN и FOS, которые являются частью системы экстренного реагирования клеток, быстро активируются после воздействия УФ-излучения. Эти гены помогают контролировать воспаление и защищают клетки от апоптоза.
Ученые были поражены быстротой реакции: на повреждение ДНК — она произошла уже через 12 минут после облучения, а первые признаки восстановления наблюдались уже через полчаса.
Это исследование позволяет по-новому понять, как клетки сохраняют свою генетическую целостность под воздействием UV-света. Изучив, как перемещается ДНК и как активируются определенные гены во время восстановления, ученые получили представление, почему люди по-разному принимают загар и почему некоторые люди могут быть более устойчивы к заболеваниям, связанным с ультрафиолетовым излучением, чем другие.
Команда исследователей надеется, что эти результаты вдохновят на создание новых стратегий профилактики и лечения таких заболеваний, как рак кожи. Понимание «правил», лежащих в основе реорганизации ДНК, может помочь ученым разработать более эффективные лекарства или методы лечения, чтобы ускорить естественные процессы восстановления организма.
Исследователи планируют изучить, как другие опасные факторы окружающей среды, такие как промышленные яды или канцерогены, влияют на организацию ДНК и механизмы ее восстановления. Они также стремятся усовершенствовать свои методы, чтобы получить более четкое представление о том, как происходит восстановление ДНК.
Недавно химики предложили неожиданный метод защиты кожи от солнца.
