ПНИПУ: раскрыт физический механизм, управляющий судьбой клетки

Специалисты Пермского Политеха предложили новое объяснение того, как клетка принимает решения о своем будущем — станет ли она нейроном, мышечной клеткой или начнет бесконтрольно делиться, превращаясь в опухоль. Исследователи создали математическую модель ДНК, которая впервые описывает универсальный физический принцип, обеспечивающий согласованную работу тысяч генов.

Об этом "Газете.Ru" сообщили в пресс-службе образовательного учреждения.

Несмотря на успехи геномики, ключевой вопрос оставался открытым: каким образом в клетке, содержащей десятки тысяч генов, одновременно переключается большое число участков ДНК, формируя четкую биологическую программу? До сих пор ученые рассматривали процесс фрагментарно, изучая отдельные белки и химические сигналы. Однако этого было недостаточно, чтобы объяснить, как клетка меняет свое состояние "всем геномом сразу".

Исследователи ПНИПУ предложили рассматривать ДНК как физическую систему, которая способна самоорганизовываться. Центральная идея заключается в том, что раскручивание одного участка молекулы вызывает перераспределение механического напряжения в ее структуре. Эта "волна" может облегчать или, наоборот, блокировать раскрытие соседних генов, синхронизируя их работу по всему геному.

"Мы ввели параметр, который определяет, в каком из трех состояний находится участок ДНК. Это позволило показать, как локальное раскрытие может приводить к глобальным перестройкам активности генома", — объяснил один из авторов разработки, доцент ПНИПУ Александр Никитюк.

Чтобы убедиться в работоспособности модели, исследователи сопоставили вычисления с реальными данными по эмбриональным, взрослым и раковым клеткам.

Совпадение статистических характеристик подтвердило, что предложенный физический механизм действительно описывает универсальные закономерности регуляции генома.

Особенно важным оказалось объяснение природы рака. По словам ученых, опухолевая клетка — это система, оказавшаяся "запертой" в состоянии деления. Из-за дефицита участков ДНК, способных переходить в критическое состояние, она не может переключиться на путь созревания или роста по нормальному сценарию. В здоровых клетках такие переключения происходят каскадом, обеспечивая развитие тканей и поддержание жизненных функций.

Эта концепция открывает путь к новым подходам в терапии. Вместо того чтобы уничтожать опухоль агрессивными методами, можно попытаться "сдвинуть" ее состояние, вернув клетки в нормальную траекторию развития или заставив их запрограммированно погибнуть. По мнению исследователей, понимание физических принципов работы ДНК также может изменить регенеративную медицину — сделать перепрограммирование клеток предсказуемым и управляемым.