Идентифицирован белковый комплекс, поддерживающий разделение эмбриональных и внеэмбриональных линий

Исследователи из Каролинского института идентифицировали эпигенетический регулятор, контролирующий самую первую спецификацию типов клеток в эмбрионе человека. Исследование опубликовано в Nature Cell Biology.

В ходе раннего эмбрионального развития плюрипотентные стволовые клетки сначала дают начало трём зародышевым листкам, которые затем генерируют все типы клеток, ткани и органы человеческого тела.

Однако оплодотворённая яйцеклетка также даёт начало так называемой внеэмбриональной ткани, которая служит поддерживающей структурой во время беременности, не являясь частью тела. Тонкий слой клеток — трофэктодерма — окружает эмбриональные клетки и позже формирует плаценту.

Таким образом, самое первое решение в развитии принимается между эмбриональной и внеэмбриональной судьбой клеток. Известно, что эти две линии строго следуют своим собственным программам развития и больше не смешиваются, но молекулярный механизм этого оставался неясным.

Определение клеточной линии

Исследователи выявили белковый комплекс, который помогает поддерживать разделение эмбриональных и внеэмбриональных линий. Цель работы — понять, как устанавливаются различные типы клеток на ранних стадиях развития человека.

Для этого использовали модели на основе стволовых клеток:

• Наивные эмбриональные стволовые клетки человека представляют состояние, предшествующее имплантации.
• Примированные эмбриональные стволовые клетки больше напоминают стадию после имплантации.

Экспериментальную работу возглавили аспиранты Банушри Кумар и Нергес Винблад, используя современные методы, включая количественный ChIP-seq и транскриптомику единичных клеток.

Поддержание клеточной идентичности

Ключевые регуляторы трофэктодермы в наивных эмбриональных стволовых клетках были помечены специфической модификацией гистона H3, которая удерживает гены в «выключенном» состоянии.

Инактивация ответственного за это фермента Polycomb Repressor Complex 2 (PRC2) привела к тому, что клетки начали генерировать внеэмбриональные типы клеток.

Роль PRC2 как эпигенетического репрессора хорошо изучена, но ранее считалось, что он активируется только после имплантации бластоцисты. Когда команда инактивировала PRC2 в примированных стволовых клетках, индукции внеэмбриональных линий не наблюдалось.

С помощью транскриптомики единичных клеток команда смогла проследить траекторию, которая позволяет наивным, но не примированным плюрипотентным клеткам принимать внеэмбриональную судьбу.

Эпигенетический барьер

Команда пришла к выводу, что PRC2 функционирует как эпигенетический барьер, который поддерживает эмбриональную линию и предотвращает аномальную активацию генов трофэктодермы.

«Наши выводы очень хорошо согласуются с идеями Конрада Уоддингтона 1950-х годов о том, что клетки перемещаются по "эпигенетическому ландшафту"», — говорит Банушри Кумар.

Результаты исследования углубляют понимание раннего развития человека и беременности и открывают путь для изучения таких патологических состояний, как преэклампсия, на клеточных моделях.