Учёные обнаружили белки, поддерживающие стволовые клетки в недифференцированном состоянии
Специальный комплекс белков, помогающий раскручивать ДНК при делении клетки, играет ключевую роль в поддержании стволовых клеток в их незрелом состоянии. К такому выводу пришли исследователи из UNC School of Medicine.
Исследование, опубликованное в онлайн-журнале eLife, проливает свет на базовую биологию стволовых клеток и указывает на новую молекулярную "мишень" для их контроля. Регенеративный потенциал стволовых клеток может революционизировать медицину, но он далёк от реализации из-за недостатка знаний о работе этих клеток. Работа также указывает на лучшее понимание того, как раковым клеткам удаётся поддерживать быстрое деление, не запуская гибель клетки.
"Такие исследования помогают объяснить базовую биологию быстро делящихся клеток и могут повлиять на разработку будущих терапий, например, стволовых клеток или методов лечения рака", — сказала старший автор работы Джин Кук, PhD.
Исследование было сосредоточено на комплексе белков minichromosome maintenance (MCM), известном как ключевой фактор деления клетки. Клетка готовится к делению, в частности, загружая комплексы MCM на свои хромосомы. Эти комплексы необходимы для правильного раскручивания хромосомной ДНК во время деления, чтобы из исходного набора могли образоваться два новых набора хромосом — по одному для каждой дочерней клетки.
"Если загрузка MCM не будет успешно завершена до деления клетки, возникнет риск серьёзных мутаций ДНК и гибели результирующих дочерних клеток", — пояснил первый автор работы Джейкоб Мэтсон.
Несмотря на важность загрузки MCM, типы клеток сильно различаются по времени, которое у них есть на подготовку к делению. Стволовые клетки, например, проходят эту подготовительную фазу — известную как G1-фаза клеточного цикла — за долю времени, затрачиваемого более зрелыми, "дифференцированными" клетками. Как стволовым клеткам удаётся быстро пройти G1-фазу, не рискуя неполной загрузкой MCM и повреждением ДНК, оставалось загадкой.
Исследователи использовали разработанный ими чувствительный анализ для измерения скорости загрузки MCM. Они обнаружили, что стволовые клетки действительно загружают комплексы MCM намного быстрее, чем зрелые дифференцированные клетки. Более того, химическое принуждение этих стволовых клеток к дифференцировке в более зрелые клетки заметно замедляло скорость загрузки MCM.
Эта связь работала и в обратную сторону.
"Индукция более медленной загрузки MCM в стволовых клетках заставляла их дифференцироваться быстрее", — отметил Мэтсон.
Результаты показывают, что скорость загрузки MCM — важный фактор в развитии клетки, а быстрая загрузка MCM — это то, что стволовые клетки делают для поддержания себя в незрелом состоянии.
Выводы также намекают, что индукция быстрой загрузки MCM в более зрелых клетках может помочь превратить их обратно в стволовые клетки. "Перепрограммирование" обычных клеток в стволовые — известное как индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — уже рутинно проводится в лабораториях, но стандартные методы не так эффективны, как хотелось бы.
"Предположительно, искусственное ускорение загрузки MCM сделало бы этот процесс перепрограммирования более эффективным", — сказала Кук.
Исследователи также изучают роль скорости загрузки MCM в раковых заболеваниях. Некоторые раковые клетки, особенно те, что обладают стволоподобными свойствами, могут успешно повышать скорость загрузки MCM, чтобы оставаться жизнеспособными. Если это так, то препараты, снижающие скорость загрузки MCM, могли бы заставить такие опухоли перейти в более медленно растущее, менее злокачественное состояние или даже убить их, сделав уязвимыми к избыточному повреждению ДНК.
"Мы подозреваем, что быстрая загрузка MCM — важный аспект того, как раковым клеткам удаётся быстро расти, не повреждая чрезмерно свою ДНК. Это цель, заслуживающая изучения", — добавила Кук.