Тіфозний токсин викликає в клітинах невідомий раніше тип пошкоджень ДНК - скупчення одноланцюжкових розривів по всій периферії ядра. У відповідь на це заражені клітини старіють і виділяють сигнальні речовини, які провокують старіння в їхніх сусідах. А воно, в свою чергу, полегшує бактерії-патогену дорогу всередину нових клітин. Роботу опубліковано в журналі.
Незважаючи на вакцинацію, тиф залишається серйозною загрозою для населення в бідних країнах: щороку на них захворює 21 мільйон людей, з яких майже 200 тисяч гинуть. Виною всьому бактерія з роду: вона селиться всередині людських клітин і виділяє тіфозний токсин. Досі вважалося, що він вносить розриви в ДНК, тим самим вбиваючи клітини, але нове дослідження продемонструвало, що механізм його дії набагато складніший.
Анджела Іблер (Angela Ibler) і її колеги з Шеффілдського університету досліджували відповідь клітин на дію токсину. Зазвичай, коли в ДНК виникає розрив, його запізнюються білки системи репарації і залишають сигнальну мітку - навішують фосфатну групу на гістон Н2АХ (це білок, на який накручена нитка ДНК в ядрі). Потім цю мітку дізнається білок RPA, який закриває собою місце розриву, щоб зупинити пошкодження ланцюга ДНК. У свою чергу, RPA привертає до себе наступні білки - АТМ і ATR - які можуть запустити програму клітинної смерті, якщо таких поломок дуже багато, або зупинити поділ клітини, якщо воно в цей момент відбувається.
Дослідники подіяли тіфозним токсином на культуру клітин людини і пофарбували гістони з фосфатними мітками. Виявилося, що мічені гістони, а отже і розриви на ДНК, розподілені по ядру нерівномірно і сконцентровані на периферії, утворюючи характерні кільця. Цей новий тип пошкодження ДНК автори статті назвали RING - але не від слова «кільце», це абревіатура від response induced by a genotoxin, дослівно «відповідь, викликана генотоксином».
На периферії клітинного ядра зазвичай розташований гетерохроматин - ретельно скручені нитки ДНК, інформацію з яких клітина не використовує. Тому зашкодити їх досить складно. Проникнути всередину гетерохроматину токсин може тільки під час подвоєння ДНК перед поділом клітини. Щоб перевірити, чи правда токсин особливо небезпечний саме для клітин, вчені заборонили їм розмножуватися, позбавивши їх їжі. У голодних неподільних клітинах ніяких кільцевих пошкоджень не виникало. Але як тільки їм додали їжу назад у середу культивування, близько 40% клітин продемонстрували RING-відповідь.
Вчені припустили, що тіфозний токсин може впливати на білки ATM і ATR, які беруть участь у лагодженні ДНК. Але виявилося, що вони активні навіть у заражених клітинах. Тоді дослідники звернули увагу на білок RPA. Він взаємодіє з розривами ДНК фізично, налипаючи на кінці, тому можна припустити, що при великій кількості пошкоджень його просто не вистачить на всі поломки. Дослідники вимкнули в клітинах роботу гена RPA, і виявилося, що за його відсутності RING виникає сам собою, навіть якщо не діяти на клітини токсином. І навпаки: якщо змусити клітини виробляти додатковий білок RPA, то кільця пошкоджень виникають удвічі рідше. Судячи з усього, тіфозний токсин просто виснажує запаси RPA, позбавляючи клітку можливості впоратися з поломками ДНК.
Пошкодження ДНК найчастіше закінчуються для клітини смертю або старінням. В останньому випадку клітина переходить у сенесцентний стан: вона не може розмножуватися, але не вмирає, перестає виконувати звичні функції в організмі і виділяє набір провоспалювальних білків. Вчені пофарбували клітини на характерні для сенесцентності маркери і показали, що під дією токсину клітини людини дійсно старіють. Але на клітинному рівні старість може бути заразна: відомо, що білки, які виділяють сенесцентні клітини, можуть провокувати старіння в оточуючих. Дослідники обробили клітини токсином, потім зібрали середовище, в якому ці клітини росли, і подіяли їй на інші клітини, які не зустрічалися ні з токсином, ні з бактерією. Цього виявилося достатньо, щоб «наївні» клітини теж стали сенесцентними.
Таким чином, вчені виявили епідемію, яку тиф викликає на мікроскопічному рівні. Поселяючись всередині клітин, сальмонела виділяє токсин, який пошкоджує ДНК на початку клітинного ділення. Поломка виявляється настільки багато, що клітина не встигає з ними справлятися і старіє. При цьому вона виділяє білки, які старять навколишні клітини, і ті стають не в змозі чинити опір інфекції.
На думку вчених, характерні кільця RING можуть також допомогти діагностувати тиф на ранніх стадіях, тому що його часто плутають з іншими лихоманками, на кшталт малярії або Денге. Це стало б важливим доповненням до вакцинації від тифу - яка, до речі, допомагає організму боротися і з іншими патогенами.