Αμέτρητα κύτταρα στο ανθρώπινο σώμα διαιρούνται για να σχηματίσουν νέα κύτταρα κάθε δευτερόλεπτο. Είναι μια από τις πιο σημαντικές διαδικασίες στη βιολογία και εξαρτάται από χιλιάδες μόρια που συνεργάζονται με απίστευτη ακρίβεια. Αλλά μερικές φορές η διαδικασία καταρρέει με απροσδόκητους τρόπους.
Για να μπορέσει ένα κύτταρο να διαιρεθεί σε δύο ξεχωριστά κύτταρα, πρέπει πρώτα να αντιγράψει όλο το DNA του, έτσι ώστε κάθε νέο κύτταρο να λάβει ένα πλήρες γενετικό σχέδιο. Σε ορισμένες περιπτώσεις, το DNA αντιγράφεται με επιτυχία, αλλά το κύτταρο δεν διαιρείται πλήρως. Το αποτέλεσμα είναι ένα μεμονωμένο κύτταρο με διπλάσια ποσότητα DNA από την κανονική, γνωστό ως διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος (WGD).
Ένας απλός τρόπος για να το οπτικοποιήσετε αυτό είναι να δημιουργήσετε δύο φωτοτυπίες ενός εγγράφου αλλά να τοποθετήσετε κατά λάθος και τα δύο αντίγραφα στον ίδιο φάκελο αντί να τα χωρίσετε.
Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και καιρό ότι ο διπλασιασμός ολόκληρων γονιδιωμάτων μπορεί να έχει σημαντικές συνέπειες. Τα κύτταρα με περίσσεια DNA μπορεί να σταματήσουν να λειτουργούν κανονικά, να γίνουν ανενεργά, να πεθάνουν, να αλλάξουν σε άλλους τύπους κυττάρων, να συσσωρεύσουν βλάβη που σχετίζεται με την ηλικία ή να συμβάλουν σε ασθένειες, συμπεριλαμβανομένου του καρκίνου.
Τα κύτταρα μπορεί να αποτύχουν με δύο διαφορετικούς τρόπους
Οι ερευνητές του Πανεπιστημίου του Χοκάιντο ήθελαν να καταλάβουν εάν ο συγκεκριμένος τρόπος με τον οποίο ένα κύτταρο αποτυγχάνει κατά τη διαίρεση αλλάζει αυτό που συμβαίνει στη συνέχεια.
Η ομάδα εστίασε σε δύο κύριες αιτίες διπλασιασμού ολόκληρου του γονιδιώματος: αποτυχία κυτταροκίνησης και μιτωτική ολίσθηση.
Κατά τη διάρκεια της αποτυχίας της κυτταροκίνησης, το κύτταρο ολοκληρώνει σχεδόν ολόκληρη τη διαδικασία διαίρεσης, αλλά αποτυγχάνει στο τελικό στάδιο όπου διαιρείται φυσικά σε δύο ξεχωριστά κύτταρα. Στη μιτωτική ολίσθηση, το κύτταρο ξεκινά τη διαδικασία της διαίρεσης αλλά εξέρχεται πρόωρα πριν διαχωριστούν σωστά τα χρωμοσώματά του.
«Αν και ολόκληρος ο διπλασιασμός του γονιδιώματος συμβαίνει μέσω πολλαπλών κυτταρικών διεργασιών, δεν ήταν σαφές εάν οι διαφορές στην οδό επηρεάζουν τα χαρακτηριστικά των κυττάρων που προκύπτουν», δήλωσε η αναπληρώτρια καθηγήτρια Ryota Uehara, αντίστοιχη συγγραφέας της μελέτης.
Αν και και τα δύο αφήνουν τα κύτταρα με λανθασμένα διπλασιασμένο DNA, οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι τα αποτελέσματα είναι δραματικά διαφορετικά.
Γιατί μερικά κύτταρα διπλασιασμένα με DNA επιβιώνουν;
Χρησιμοποιώντας τεχνικές απεικόνισης ζωντανών κυττάρων και ειδικών χρωμοσωμάτων τεχνικών επισήμανσης, οι επιστήμονες παρακολουθούν πώς συμπεριφέρονται τα κύτταρα μετά από διπλασιασμό ολόκληρου του γονιδιώματος μέσω δύο διαφορετικών διεργασιών.
Τα κύτταρα που δημιουργήθηκαν μέσω της αποτυχίας της κυτταροκίνησης ήταν πολύ πιο σταθερά και είχαν μεγαλύτερες πιθανότητες επιβίωσης. Ωστόσο, τα κύτταρα που παράγονται μέσω της μιτωτικής ολίσθησης συχνά εμφανίζουν ανομοιόμορφη κατανομή χρωμοσωμάτων και χαμηλά ποσοστά επιβίωσης.
Οι ερευνητές ανακάλυψαν ότι η οργάνωση των χρωμοσωμάτων είναι ο βασικός παράγοντας πίσω από αυτές τις διαφορές.
Στη μιτωτική ολίσθηση, τα χρωμοσώματα συχνά διαχωρίζονται άνισα, δημιουργώντας σοβαρές γενετικές ανισορροπίες που μειώνουν την ικανότητα ενός κυττάρου να επιβιώσει. Στην αποτυχία της κυτταροκίνησης, η κατανομή των χρωμοσωμάτων είναι πιο ισορροπημένη, επιτρέποντας στα κύτταρα να παραμένουν πιο σταθερά.
Η ομάδα διαπίστωσε επίσης ότι όταν βελτίωσαν πειραματικά τον διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων σε κύτταρα που υποβλήθηκαν σε μιτωτική ολίσθηση, τα κύτταρα έγιναν σημαντικά πιο βιώσιμα.
Επιπτώσεις για την έρευνα για τον καρκίνο
Τα ευρήματα θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στη θεραπεία και την πρόληψη του καρκίνου.
Ο διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος εντοπίζεται συνήθως σε καρκινικά κύτταρα και ορισμένες θεραπείες καρκίνου μπορούν άθελά τους να το πυροδοτήσουν επίσης. Μετά την απόκτηση επιπλέον DNA, τα επιζώντα κύτταρα μπορούν να συνεχίσουν να πολλαπλασιάζονται και ενδεχομένως να συμβάλλουν στην επανεμφάνιση του όγκου.
Νέα έρευνα δείχνει ότι η στόχευση των διαδικασιών διαχωρισμού των χρωμοσωμάτων μπορεί να αποτρέψει τα μη φυσιολογικά κύτταρα από το να επιβιώσουν και να συνεχίσουν να αναπτύσσονται.
«Υπάρχουν αρκετοί μηχανισμοί με τους οποίους μπορεί να συμβεί διπλασιασμός ολόκληρου του γονιδιώματος, αλλά οι επιμέρους επιδράσεις τους έχουν αγνοηθεί σε μεγάλο βαθμό», είπε ο Uehara. «Αμφισβητήσαμε αυτή τη συμβατική άποψη συγκρίνοντας κύτταρα που σχηματίστηκαν μέσω διαφορετικών διεργασιών και διαπιστώσαμε ότι αυτές οι διαφορές μπορούν να επηρεάσουν τη συμπεριφορά των κυττάρων μακροπρόθεσμα».
