Что происходит с генами после смерти

Некоторые клетки сохраняют активность дни и даже недели после того, как организм умер.

Как изучался этот вопрос

Прежде чем мы становимся сами собой, прежде чем у нас появляется мозг, наши клетки уже активно работают: делятся, дифференцируются, образуют «кирпичики», которые потом сложатся в цельный организм. Но оказалось, что они не только предваряют нас самих, но и переживают нас.

Всё началось с исследованийThanatotranscriptome: genes actively expressed after organismal death  генетика Александра Пожиткова. В 2009 году он взялся изучать РНК рыбок данио-рерио после их смерти. Эмбрионы этих тропических рыб прозрачны и идеально подходят для наблюдения, поэтому их содержат во многих лабораториях. Пожитков поместил рыбок в ледяную воду, что привело к их смерти, а затем вернул в аквариум с привычной для них температурой воды — 27,7 ℃.

В течение следующих четырёх дней он доставал несколько рыбок из аквариума, замораживал в жидком азоте и изучал их матричную РНК (мРНК). Эти нитеобразные молекулы участвуют в синтезе белков. Каждая нить мРНК — копия какого-то участка ДНК. Затем Пожитков исследовал также мРНК мышей.

Вместе с биохимиком Питером Ноублом (Peter Noble) он проанализировал активность мРНК после смерти и обнаружил удивительный факт. И у рыб, и у мышей синтез белков пошёл на спад, как и ожидалось. Однако, судя по количеству мРНК, процесс транскрипции (переноса генетической информации с ДНК на РНК) усилился примерно в одном проценте генов.

Некоторые гены продолжали работу даже через четыре дня после смерти организма.

Другие учёные исследовали образцы человеческих тканей и обнаружилиThe effects of death and post-mortem cold ischemia on human tissue transcriptomes  сотни генов, которые сохраняют активность после смерти. Например, через четыре часа увеличилась экспрессия (то есть преобразование наследственной информации в РНК или белок) гена EGR3, стимулирующего рост. Активность других генов колеблется, в том числе CXCL2. Он кодирует белок, который даёт сигнал лейкоцитам отправиться к месту воспаления при инфекции.

По словам руководителя исследования Педро Феррейры (Pedro Ferreira), это не просто результат того, что транскрипция разных генов завершается с разной скоростью. Какой-то процесс активно регулирует посмертную экспрессию генов.

После смерти организма первыми погибают самые важные, самые энергоёмкие клетки — нейроны. Но периферические клетки продолжают делать своё дело в течение нескольких дней или даже недель — в зависимости от температуры и степени разложения тела. Исследователям удалосьRecovery of fibroblast-like cells from refrigerated goat skin up to 41 d of animal death  добыть живые клеточные культуры из козьих ушей через 41 день после смерти животных. Они находились в соединительной ткани. Этим клеткам не требуется много энергии, и они прожили 41 день в обычном холодильнике.

На клеточном уровне смерть организма не имеет значения.

Пока неизвестно, чем именно обусловлена посмертная экспрессия генов. Ведь после смерти в клетки перестают поступать кислород и питательные вещества. Новое исследованиеDistinct sequence patterns in the active postmortem transcriptome  Ноубла и Пожиткова может пролить свет на этот вопрос.

Используя оригинальные данные рыбок и мышей, Ноубл обнаружил, что мРНК, активная после смерти, отличается от другой мРНК в клетках. Около 99% РНК-транскриптов в клетках быстро разрушается после смерти организма. В оставшемся 1% присутствуют определённые последовательности нуклеотидов, которые связываются с молекулами, регулирующими мРНК после транскрипции. Вероятно, это и поддерживает посмертную активность генов.

Учёные полагают, что этот механизм — часть клеточной реакции на случай, когда организм может восстановиться после серьёзной травмы. Возможно, клетки в предсмертной агонии пытаются «открыть все клапаны», чтобы определённые гены могли экспрессироваться. Например, гены, отвечающие на воспаление.

Почему это важно

Понимание механизмов посмертной активности генов повлияет на пересадку органов, генетические исследования и криминалистику. Например, Педро Феррейре с коллегами удалось точно определить время смерти организма, опираясь только на посмертные изменения экспрессии генов. Это может быть полезным при расследовании убийств.

Однако в этом опыте учёные знали, что исследуемые ткани принадлежали донорам без патологий и хранились в идеальных условиях. В реальной жизни на транскрипцию РНК может повлиять множество факторов: от заболеваний организма до температуры окружающей среды и времени, прошедшего до забора образцов. Пока этот метод исследований не готов для использования в судопроизводстве.

Ноубл и Пожитков считают, что эти открытия также пригодятся при пересадке органов.

Органы доноров некоторое время находятся вне тела. Возможно, РНК в них начинает посылать такие же сигналы, как и в случае смерти. По словам Пожиткова, это может сказываться на здоровье пациентов, которым пересадили новый орган. У них повышенный уровень заболеваемости раком по сравнению с общей совокупностью населения. Возможно, дело не в лекарствах, подавляющих иммунитет, которые им приходится принимать, а в посмертных процессах в пересаженном органе. Пока нет точных данных, но исследователи рассматривают возможность хранить органы для пересадки не в холоде, а на искусственном жизнеобеспечении.

Исследование опубликовано в biorxiv.org DOI: 10.1101/293589

Источник: lifehacker.ru