В последние десятилетия в связи с ростом числа метаболических заболеваний, таких как сердечно-сосудистые заболевания, высокое кровяное давление и диабет, внимание ученых было сосредоточено на биологии и химии жира, что привело к накоплению большого количества информации о том, как работают жировые клетки.

Однако жировые клетки и их метаболическая активность — это лишь часть истории.

Все больший научный интерес вызывают наполненные жиром липидные капли — крошечные сферы жира, во много раз меньшие, чем жировые клетки. Находясь внутри многих типов клеток, эти липидные частицы долгое время оставались малоизученными. Исследования начали прояснять участие этих капелек в метаболических функциях и защите клеток, но мы до сих пор почти ничего не знаем о физической природе жира.

Теперь исследователи из Школы инженерных и прикладных наук Пенсильванского университета, выйдя за рамки биохимии, опубликовали новаторскую работу о физике этих капель, показав, что они представляют собой потенциальную угрозу для ядра клетки. В августовском номере журнала Journal of Cell Biology они впервые обнаружили удивительную способность липидных капель, наполненных жиром, вдавливать и пробивать ядро — органеллу, содержащую и регулирующую ДНК клетки.

Результаты исследования имеют большое значение: разрыв ядра может привести к повышенному повреждению ДНК, характерному для многих заболеваний, включая рак.

Исследование проводилось под руководством Денниса Э. Дишера, профессора кафедры химической и биомолекулярной инженерии Роберта Д. Бента, Ирены Ивановской, научного сотрудника лаборатории молекулярной и клеточной биофизики Пенсильванского университета, и Майкла Тобина, кандидата наук кафедры биоинженерии.

Интуитивно люди считают жир мягким, — говорит Дишер.

И на клеточном уровне так оно и есть. Но при таком малом размере капли — всего несколько микрон, а не сотни микрон зрелой жировой клетки — она перестает быть мягкой. Ее форма имеет гораздо большую кривизну, резко изгибая другие объекты. Это меняет его физические свойства в клетке. Она может деформироваться. Она может повреждаться. Она может разорваться.

«Представьте себе, — добавляет Ивановская, — что вы пытаетесь кулаком лопнуть воздушный шарик. Невозможно. Вы можете деформировать шарик, но не проткнете его. А теперь представьте, что вы пытаетесь проткнуть его ручкой. Вот в чем разница между жировой клеткой и клеткой с маленькими капельками жира в организме. Это фундаментальное физическое, а не метаболическое различие».

Исследование группы специалистов пересматривает научные представления о жире, подчеркивая, что роль жира в организме — это нечто большее, чем просто цифра на весах.

Это не каноническая концепция жира, — говорит Тобин.

Речь идет о том, как жир работает в масштабах, меньших, чем клетка, и представляет физическую опасность для клеточных компонентов, даже на уровне ДНК.

Работа группы основана на десятилетних фундаментальных исследованиях, в том числе и на исследованиях, проведенных под руководством Ивановской, по изучению поведения ядерных белков, которые придают ядру защитные структурные свойства. Эти белки динамичны, их уровни меняются в зависимости от механического окружения и обеспечивают то, что необходимо ядру для поддержания его целостности.

В клетках постоянно происходит процесс восстановления повреждений ДНК, — говорит Ивановская.

Для этого в ядре должно быть достаточно белков, восстанавливающих ДНК. При разрыве ядра эти белки рассеиваются и не могут своевременно восстанавливать повреждения. Это приводит к накоплению повреждений ДНК и потенциально может привести к образованию раковой клетки.

Клетка живет в динамичной физико-механической среде, где все может пойти не так. Но у нее также есть целая армия молекулярных помощников, которые постоянно работают над ее поддержанием и восстановлением.

«Проблема заключается в том, — отмечает Дишер, — что ядро оказывается поврежденным — токсинами, чрезмерным воздействием ультрафиолетовых лучей или этими наполненными жиром липидными каплями. Тогда возникает большая вероятность повреждения ДНК, что влечет за собой последствия для здоровья.