Ученые Института цитологии РАН показали, что полиплоидия влияет на появление возрастных заболеваний
Исследователи Института цитологии (ИНЦ) РАН доказали, что полиплоидия (процесс кратного увеличения количества хромосом в одной клетке без ее деления), возникая в детском возрасте в мышечных клетках сердца млекопитающих, повышает риск развития сердечнососудистых заболеваний во взрослом состоянии. Результаты исследования в перспективе могут найти применение при разработке новых подходов в превентивной медицине для улучшения качества жизни и увеличения ее продолжительности.
Полиплоидия – это процесс, происходящий в клетках растений и животных, когда в силу ряда стрессовых факторов, например, под действием высокой или низкой температуры, ионизирующих излучений или химических веществ, кратно увеличивается число хромосом в одной клетке, однако она при этом не делится на две. Количество хромосом в клетках организмов-полиплоидов может быть увеличено в два и более раз.
Полиплоидия оказала значительное влияние на происхождение позвоночных и высших растений. Кроме того, полиплоиды часто характеризуются крупными размерами, повышенным содержанием полезных веществ, устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды, поэтому представляют большой интерес для селекционеров, которые занимаются разведением новых сельскохозяйственных видов. Однако механизмы влияния полиплоидии на организмы до конца пока непонятны.
“В своей работе мы хотели показать, что полиплоидия – это фундаментальное явление. На наш взгляд, сегодня этот факт недооценивается учеными. Мы собрали данные о том, что полиплоидия встречается в эволюции, онтогенезе, патологии (включая рак), сельском хозяйстве и аквакультуре. Кроме того, она является важным фактором онтогенетического программирования болезней. Это явление подразумевает взаимосвязь между неблагоприятными воздействиями в раннем постнатальном развитии (сразу после рождения) и возникновением заболеваний через длительный период времени (уже у взрослых). Иными словами, это скрытые генетические и эпигенетические дефекты развития организма, возникающие в результате стрессов. В частности, это могут быть функциональные стрессы – повышенная нагрузка на орган во время роста, голодание, воспалительные процессы, иммунодефицит и другое”, – рассказывают руководитель группы биоинформатики и функциональной геномики ИНЦ РАН Александр Виноградов и старший научный сотрудник этой группы Ольга Анацкая.
Ученые привели результаты экспериментальных и клинических исследований, которые подтверждают влияние полиплоидии на онтогенетическое программирование заболеваний. Доказательства были получены в экспериментах на животных: в первом случае стрессовым фактором выступили преждевременные роды, во втором – системный воспалительный стресс. В обоих случаях у животных наблюдали избыточную полиплоидизацию мышечных клеток сердца, которая во взрослом возрасте приводила к кардиомиопатии.
Вовлеченность полиплоидии в онтогенетическое программирование можно объяснить двумя причинами. Во-первых, в сердце, где обновления мышечных клеток практически не происходит, полиплоидия необратима. Это означает, что полиплоидные клетки, сформировавшиеся в раннем развитии, живут с дополнительными геномами столько же, сколько и сам организм. Во-вторых, полиплоидия меняет свойства клеток через эпигенетическую регуляцию экспрессии генов. Данные, представленные в исследовании, открыли новый механизм онтогенетического программирования заболеваний сердца у взрослых, а значит, имеют важное значение для превентивной медицины и терапии сердечно-сосудистых заболеваний.
В целом, публикация исследователей охватила более широкий круг вопросов: в статье было проведено масштабное обобщение наиболее значимых результатов работы по изучению полиплоидии группой биоинформатики и функциональной геномики ИНЦ РАН и другими научными коллективами за последние 20 лет. Ученые описали влияние этого процесса на эволюцию, развитие живых организмов, одомашнивание и получение новых видов сельхозкультур и рыб (пшеница, овес, кукуруза, лосось и многие другие), выживание и регенерацию клеток в стрессовых условиях, онкогенез, а также другие биологические явления.
Результаты исследования опубликованы в научном журнале International Journal of Molecular Sciences. Исследование проводилось при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
Фото: сайт ИНЦ РАН