Биологи из университета Леона в Испании обнаружили, что в клетках размороженных эмбрионов рыбок данио рерио меняется уровень экспрессии многих генов. Эксперименты позволили исключить возможное воздействие криопротекторов и связать эффект именно с заморозкой; открытие ставит вопрос о том, насколько возможна эффективная разморозка сохраненных при низкой температуре клеток, тканей и организма в целом. Подробности открытия приводятся в статье ученых для журнала PLoS One.
Исследователи сопоставили активность генов в клетках до и после заморозки. Им удалось выяснить, что активность, определяемая по уровню экспрессии (то есть по количеству синтезируемых молекул РНК и белков) менялась как в сторону уменьшения, так и увеличения: разные гены реагировали на заморозку по-разному. Многие белки начинали синтезироваться в меньшем объеме, однако так называемые белки теплового шока, напротив, производились размороженными клетками более активно.
Этот результат ученые отмечают как не столь уж парадоксальный, поскольку белки теплового шока начинают синтезироваться не только в ответ на перегрев, но и в ответ на ряд других неблагоприятных воздействий. Гораздо более важным исследователи сочли то, что им удалось обнаружить не только изменения в уровне экспрессии, но и повреждения ДНК: уровень повреждений не приводит к массированной гибели клеток, однако он достаточно велик по сравнению с фоновым. Ученые проверили на предмет повреждений разные гены и выяснили, что далеко не весь геном одинаково уязвим: в нем есть участки, которые с большей вероятностью пострадают при замораживании.
Чтобы исключить влияние какого-то иного фактора, исследователи провели опыты без охлаждения, но с помещением клеток в среду с добавкой тех реактивов, которые используются в качестве криопротекторов при заморозке. Эти опыты показали небольшие повреждения ДНК и изменения в экспрессии генов, однако списать на это можно лишь малую часть обнаруженных отличий. Повторение опытов с образцами уже не рыбьих эмбрионов, а человеческой спермы (замораживание спермы широко используется в медицине: например, для сохранения генетического материала перед химиотерапией, чтобы сохранить возможность зачатия здорового ребенка) позволило предположить, что наряду с повреждениями ДНК и инактивацией части генов за счет метилирования ДНК заморозка может вызывать изменения в молекулах РНК.
Исследователи предполагают, что в размороженных клетках меняются молекулы информационных (переносящих генетическую информацию от ДНК к местам синтеза белка) РНК, что тоже может влиять на экспрессию генов. Однако то, как именно эти изменения происходят, как соотносятся вклады повреждения ДНК и модификации РНК в наблюдаемых изменениях и что надо сделать для их минимизации — все это ученым еще только предстоит выяснить.
Работа ученых может иметь важное значение как для медиков, работающих с замороженной спермой и человеческими эмбрионами на ранней стадии развития (несколько десятков клеток), так и для специалистов, пытающихся разработать способ заморозки млекопитающих с последующим оживлением. Эта пока что несуществующая технология, называемая крионикой рассматривается как один из гипотетических способов радикального продления жизни: энтузиасты уже сейчас пытаются замораживать человеческое тело для того, чтобы в будущем попытаться реанимировать с использованием достижений медицинской и биологической науки. Большинство экспертов смотрят на перспективы крионики скептически из-за ряда процессов, протекающих в многоклеточном организме после замораживания, и новое исследование добавляет ко всем потенциальным проблемам еще одну: изменения в активности генов.