Смерць дзівейшая, чым вы думаеце

Чаму некаторыя гены актывізуюцца, калі жыццё заканчваецца?

Даследчыкі мяркуюць, што клеткі зачыняюцца, як агеньчыкі, якія міргаюць адна за адной. Потым яны прыгледзеліся бліжэй. (Ілюстрацыя Calum Heath)

Перш чым стаць самім сабой, перш чым у нас з'явіцца мозг, нашы клеткі актыўна працуюць: расшчапляюць, дзеляць, размяжоўваюць, ствараюць будаўнічыя блокі, якія ў канчатковым выніку дададуцца да свядомага і ўсведамляючага арганізма.

Нашы клеткі папярэднічаюць нам, але яны таксама перажываюць нас. Яшчэ доўга пасля таго, як для вас загарыцца, асобныя клеткі не аддаюцца зданню. На самай справе, некаторыя клеткі могуць выжываць днямі, а іншыя тыднямі ў мёртвым целе.

Што канкрэтна адбываецца ў тых клетках, якія лютаюць супраць памірання святла? Да нядаўняга часу ніхто не перашкаджаў прыглядацца вельмі ўважліва. Але зараз выкліканая лінія даследаванняў разбурае некаторыя здагадкі пра смерць.

Пасля таго, як клеткі выжываюць не толькі некаторы час пасля таго, як арганізм гіне, яны могуць на самой справе змагацца за жыццё. Актыўнасць некаторых генаў узмацняецца пасля смерці, бо ў клетках, мабыць, адчуваецца, што нешта пайшло жахліва. Гэта як касманаўт у глыбіні космасу, які раптам замаўкае па радыё і ліхаманкава прамяняе сігналы дадому на Зямлю, не падазраючы, што ядзерны халакост знішчыў усё, што ёй падабаецца.

Даследчыкі, раскрываючы падрабязнасці гэтай пасмяротнай генетычнай дзейнасці, лічаць, што гэта можа мець наступствы для трансплантацыі органаў, генетычных даследаванняў і крыміналістыкі. Але спачатку яны павінны пераканаць сваіх даследчыкаў, што жыццё клетак пасля смерці нават варта вывучаць.

"Вы не можаце атрымаць гранты NIH для гэтага", - кажа адзін з даследчыкаў Аляксандр Пажыткоў, хімік і генетык з даследчага цэнтра рака ў Сіці Надзеі ў Каліфорніі. "Гэта занадта дзіўна, так?"

Так, гэта так

Усё пачалося прыблізна ў 2009 годзе, калі Пажыткоў быў дактарантурай Інстытута эвалюцыйнай біялогіі Макса Планка ў Германіі. Менавіта там ён атрымаў шанец рэалізаваць праект, над якім думаў больш за дзесяць гадоў.

Пажыткоў набыў каля 30 зебраў з калоніі інстытута. (Гэтыя трапічныя рыбы звычайна выкарыстоўваюцца ў даследаваннях, таму што, між іншым, яны маюць празрыстыя эмбрыёны, якія ідэальна падыходзяць для назірання за развіццём.) Ён забіў жывёл, ударыўшы іх хуткім апусканнем у ахаладжальнік ледзяной вады, а потым паклаў іх назад у сваё звычайны 82-градусны танк па Фарэнгейце.

На працягу наступных чатырох дзён ён перыядычна выдзіраў некалькі рыбак з акварыума, замарожваў іх у вадкім азоце, а потым аналізаваў іх РНК-ганец. Гэта малекулы, якія нагадваюць ніткі, якія працуюць над перакладам ДНК у вавёркі; кожная нітка РНК-мэсэнджэра - гэта стэнаграма нейкага раздзела ДНК. Пазней Пажыткоў і яго калегі паўтарылі той самы працэс з мышамі, хаця іх смерць была перадушана пераломам шыі, а не халодным шокам.

Калі калега Пажыткова Пётр Нобл, тады біяхімік Вашынгтонскага ўніверсітэта, увайшоў у дадзеныя пра тое, наколькі актыўнай была РНК у месенджары кожны дзень пасля смерці, нешта яго ўразіла. Як у рыб, так і ў мышэй трансляцыя генаў у вавёркі звычайна зніжалася пасля смерці, як і трэба было чакаць. Але колькасць РНК-мессенджера паказвала, што пасля смерці каля 1 працэнта генаў сапраўды павялічылася ў транскрыпцыі. Некаторыя чужылі праз чатыры дні пасля таго, як спынілася жыццё.

Справа не ў тым, што даследчыкі чакалі поўнага спынення дзейнасці ў момант, калі зебра і мышы зрушыліся з гэтай смяротнай шпулькі. Але выявіць павелічэнне транскрыпцыі, а не проста мігценне агеньчыкаў адзін за адным? Гэта было "самае дзіўнае, што я калі-небудзь бачыў", - кажа Высакародны.

Не ўсе былі ўражаны. Шляхціц і Пажыткоў пачулі шмат крытыкі пасля таго, як гісторыя прайшла па кругах, спачатку на сайце дадрукоўкі bioRxiv у 2016 годзе, а потым у артыкуле Open Biology ў 2017 годзе. Асноўная крытыка заключалася ў тым, што яны маглі няправільна вытлумачыць статыстычны прабел. Паколькі клеткі адміраюць з рознай хуткасцю, магчыма, стэнаграмы, запісаныя ў жывых клетках, складаюць толькі большую долю ўсіх сукупных стэнаграмаў, - кажа Пітэр Эліс, выкладчык малекулярнай біялогіі з універсітэта ў Кенце. Падумайце пра стэнаграмы як пра шкарпэткі ў шуфлядзе, кажа ён. Калі б вы страцілі некаторыя з чырвоных, астатнія белыя шкарпэткі складалі б большы працэнт ад агульнай колькасці калекцый шкарпэтак, але вы б іх больш не набылі.

"Самае дзіўнае, што я бачыў".

Аднак з гэтага арыгінальнага выдання ёсць намёкі на тое, што ў клетках, якія па-ранейшаму паміраюць, арганізм усё яшчэ адбываецца. У даследаванні, апублікаваным у лютым у Nature Communications, іншыя даследчыкі даследавалі ўзоры тканін чалавека і выявілі сотні генаў, якія змяняюць іх экспрэсію пасля смерці. Некаторыя гены зніжалі актыўнасць, але іншыя павялічваліся. Ген, які спрыяе росту, EGR3, пачаў нарошчваць сваю экспрэсію праз чатыры гадзіны пасля смерці. Некаторыя вагаюцца туды і назад, як ген CXCL2, які кадуе сігнальны бялок, які звяртае лейкацыты да месца запалення або інфекцыі.

Гэтыя змены былі не проста пасіўным вынікам расшыфроўкі расшыфровак з рознай хуткасцю, напрыклад, эпізадычна губляюцца чырвоныя шкарпэткі, - распавёў Педра Феррэйра з універсітэта Порту, які вёў даследаванне. Ён кажа, што адбывалася тое, што актыўна рэгулявала экспрэсію генаў, "нават пасля гібелі арганізма".

Канчатковыя выклікі бедства

Калі арганізм гіне, перш за ўсё ідуць самыя важныя, энергаёмістыя клеткі. Бывай, нейроны. Але больш перыферычныя клеткі працягваюць выконваць сваю працу днямі і нават тыднямі, у залежнасці ад такіх фактараў, як тэмпература і распад. У адным з даследаванняў 2015 года даследчыкі змаглі ўмацаваць жывыя клеткавыя культуры з казіных каласоў каласальных 41 дзень пасля забою коз. Яны атрымалі гэтыя клеткі з фібрабластаў, якія ўваходзяць у злучальную тканіну і адносна малаэнергетычныя. Каб утрымліваць іх жывымі 41 дзень, не патрабуецца нічога больш, чым звычайнае астуджэнне. "Арганізм смерці не мае ніякага значэння на клеткавым узроўні", кажа Эліс.

Але смерць пагоршыць свет клетак, па меншай меры, адсякаючы кісларод і пажыўныя рэчывы. Такім чынам, што рухае пасмяротную экспрэсію гена? Гэта пытанне адкрытае, але новая газета Noble і Пажыткова можа ўтрымліваць падказкі.

Даследаванне, праведзенае цяпер на bioRxiv, яшчэ не было праведзена экспертызу, але, выкарыстоўваючы зыходныя дадзеныя зебрафій і мышэй, Шляхціц выявіў, што актыўная пасля смерці РНК-мэсэнджэр не падобная на астатнюю РНК пасланца ў клетках. Каля 99 адсоткаў стэнаграмаў РНК, якія плаваюць у клетках, хутка пагаршаюцца, калі арганізм гіне, кажа Нобл. Астатнія 1 працэнт маюць нешта асаблівае: пэўныя ўзоры асобных нуклеатыдаў, якія звязваюцца з малекуламі, якія рэгулююць РНК пасланца пасля транскрыпцыі. Здаецца, гэта вялікая частка таго, што працягвае ісці пасля смерці.

Пажыткоў і Высакародны сцвярджаюць, што гэты механізм можа быць часткай таго, як клеткі рэагуюць на сітуацыю, з якой арганізм тэарэтычна можа вярнуцца, як блізкае ўтаплення. Ён, па сутнасці, можа паспрабаваць "адкрыць усе клапаны" на смерці, дапускаючы пэўныя гены, звязаныя са стрэсам, напрыклад, якія рэагуюць на запаленне, выразіць сябе.

Гэта як касманаўт у глыбіні космасу, які маўчыць па радыё і ліхаманкава прапускае сігналы дадому, не падазраючы, што ядзерны халакост знішчыў Зямлю.

Для Эліса такі выгляд - гэта пабочны эфект працэсаў, якія могуць быць цікавымі ў жыцці, але з'яўляюцца простым сімулякрам смерці. І ўсё ж Фэрэйра бачыць практычныя наступствы. Некаторыя генетычныя даследаванні праводзяцца на ўзорах тканін, якія былі выдалены з цела. Важна ведаць, як транскрыпцыя змяняецца пасля смерці, каб вынікі не былі перакошаныя канчатковымі званкамі клетак.

Феррэйра і яго каманда таксама змаглі дакладна вызначыць час смерці чалавека на аснове выключна пасмяротных змяненняў у экспрэсіі генаў. Тэарэтычна гэта можа быць зручным, скажам, расследаваннем забойства. Але група Фэррэйры мела перавагу ведаць, што іх узоры тканін былі ўзятыя і захоўваліся з выкарыстаннем сучасных метадаў у донараў без пэўных медыцынскіх умоў. У рэальным жыцці фактары, якія вар'іруюць ад ранейшых умоў трупа да тэмпературы навакольнага асяроддзя і заканчэння часу да выбару, могуць паўплываць на часовую шкалу РНК, кажа Феррэйра. Іншымі словамі, тэхніка яшчэ не гатовая да сістэмы правасуддзя.

Шляхціц і Пажыткоў маюць на ўвазе іншыя практычныя меркаванні. Органы, узятыя ў донараў на трансплантацыю, праводзяць па меншай меры некаторы час па-за арганізмам, і іх РНК можа пачаць пасылаць той жа сігнал бедства, які назіраецца ў смерці. Магчыма, што гэта можа мець доўгатэрміновыя наступствы для здароўя для атрымальніка трансплантацыі, мяркуе Пажыткоў. У рэшце рэцы ў трансплантата больш высокі ўзровень рака, чым у агульнай папуляцыі. Магчыма, гэта не так, як звычайна лічаць, у асноўным з прэпаратаў, якія душаць імунітэт, якія яны прымаюць, а з-за "пасмяротнага працэсу ў органе", - кажа ён.

Гэта ўсё спекулятыўна, хаця даследчыкі па трансплантацыі вывучаюць, ці варта саграваць органы на падтрымцы жыцця, а не астуджаным у кулерах, каб палепшыць вынікі перасадкі. Незразумела, у якой ступені транскрыпцыя РНК тлумачыць любыя перавагі цёплай трансплантацыі.

На сённяшні дзень, аднак, даследаванне клеткавага замагільнага жыцця займаецца падтрымкай жыцця. Высакародны шукае новую акадэмічную сустрэчу пасля сыходу з апошняй працы ва ўніверсітэце Алабамы. Фінансаванне Пажыткова ў цэнтры "Надзея горада" прызначана для незвязаных праектаў. Тым не менш, абодва ўпэўненыя, што іх высновы не павінны быць аднесены да смешнай навукі. Абодва хочуць адрадзіць працу.