Как изучался этот вопрос
Прежде чем мы станем самими собой, прежде чем у нас появится мозг, наши клетки уже активно работают: они делятся, дифференцируются, формируют «кирпичики», которые потом сформируются в цельный организм. Но оказалось, что они не только опережают нас, но и переживают нас.
Все началось с исследований генетика Александра Пожиткова. В 2009 году он взялся изучать РНК рыбок данио после их смерти. Эмбрионы этих тропических рыбок прозрачны и идеальны для наблюдения, поэтому их содержат во многих лабораториях. Пожитков поместил рыб в ледяную воду, что привело к их гибели, а затем вернул в аквариум с привычной для них температурой воды 27,7 ℃.
В течение следующих четырех дней он вынул из аквариума несколько рыб, заморозил их в жидком азоте и изучил их информационную РНК (мРНК). Эти нитевидные молекулы участвуют в синтезе белков. Каждая цепь мРНК представляет собой копию фрагмента ДНК. Затем Пожитков также изучал мРНК мышей.
Вместе с биохимиком Питером Ноблом он проанализировал активность мРНК после смерти и обнаружил удивительный факт. Как и у рыб, так и у мышей синтез белка, как и ожидалось, снизился. Однако, судя по количеству мРНК, процесс транскрипции (перенос генетической информации с ДНК на РНК) усилился примерно у одного процента генов.
Некоторые гены продолжали работать даже через четыре дня после гибели организма.
Другие ученые исследовали образцы тканей человека и обнаружили сотни генов, которые остаются активными после смерти. Например, через четыре часа увеличилась экспрессия (то есть преобразование наследственной информации в РНК или белок) гена EGR3, стимулирующего рост. Активность других генов, включая CXCL2, колеблется. Он кодирует белок, который сигнализирует лейкоцитам о необходимости 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. Некоторые процессы активно регулируют экспрессию посмертных генов.
После смерти организма первыми умирают самые важные, самые энергоемкие клетки — нейроны. Но периферические клетки продолжают выполнять свою работу в течение нескольких дней или даже недель, в зависимости от температуры и степени разложения организма. Исследователям удалось извлечь живые клеточные культуры из козьих ушей через 41 день после гибели животных. Они находились в соединительной ткани. Эти клетки не требуют много энергии и выживают в течение 41 дня в обычном холодильнике.
На клеточном уровне смерть организма не имеет значения.
Пока неизвестно, что именно определяет посмертную экспрессию генов. Ведь после смерти кислород и питательные вещества перестают поступать в клетки. Новое исследование Ноубла и Пожиткова может пролить свет на этот вопрос.
Используя исходные данные о рыбах и мышах, Ноубл обнаружил, что мРНК, активная после смерти, отличается от других мРНК в клетках. Около 99% транскриптов РНК в клетках быстро разрушаются после гибели организма. Оставшийся 1% содержит определенные нуклеотидные последовательности, которые связываются с молекулами, регулирующими мРНК после транскрипции. Вероятно, именно это поддерживает посмертную активность генов.
Ученые считают, что этот механизм является частью клеточного ответа на случай, если организм сможет восстановиться после серьезной травмы. Возможно, клетки в предсмертной агонии пытаются «открыть все клапаны», чтобы можно было экспрессировать определенные гены. Например, гены, отвечающие за воспаление.
Почему это важно
Понимание механизмов посмертной генной активности повлияет на трансплантацию органов, генетические исследования и судебную экспертизу. Например, Педро Феррейра и его коллеги смогли точно определить время смерти организма, опираясь только на посмертные изменения экспрессии генов. Это может быть полезно при расследовании убийств.
Однако в этом эксперименте ученые знали, что исследуемые ткани принадлежат донорам без патологий и хранятся в идеальных условиях. В реальной жизни на транскрипцию РНК могут влиять многие факторы, от болезней организма до температуры окружающей среды и времени, прошедшего до отбора проб. Пока этот метод исследования не готов к использованию в судопроизводстве.
Ноубл и Пожитков считают, что эти открытия будут полезны и при пересадке органов.
Донорские органы некоторое время находятся вне организма. Возможно, РНК в них начинает посылать те же сигналы, что и в случае смерти. По словам Пожиткова, это может сказаться на здоровье пациентов, получивших новый орган. Они имеют повышенную заболеваемость раком по сравнению с населением в целом. Возможно, им приходится принимать не иммунодепрессанты, а посмертные процессы в пересаженном органе. Точных данных пока нет, но исследователи рассматривают возможность хранения органов для трансплантации не на холоде, а на искусственном жизнеобеспечении.