Двухфункциональный белковый переключатель можно настроить для повышения эффективности клеточного репрограммирования

Исследование A*STAR показало, что переключение функций белка, регулирующего экспрессию генов во время клеточного репрограммирования, обеспечивает конверсию клеточного фенотипа.

Понимание того, как поддерживается клеточный фенотип, важно для повышения эффективности получения индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs) из соматических клеток пациентов и их дифференцировки в тканеспецифические типы клеток для лечения таких состояний, как лейкемия или травма спинного мозга.

Гистоновый вариант H3.3 — это белок, который, как было показано ранее, активирует транскрипцию генов во время клеточной дифференцировки, но его точная роль в переходе клеточного фенотипа была неясна. Джонатан Юин-Хан Ло из Института молекулярной и клеточной биологии A*STAR в Сингапуре и его коллеги исследовали влияние H3.3 на трансформацию мышиных эмбриональных фибробластов в iPSCs и гемопоэтические клетки-предшественники, а также на дифференцировку стволовых клеток в нейроны.

Во всех трёх сценариях они обнаружили, что H3.3 играет двойную роль: он поддерживает идентичность родительской клетки на ранних стадиях репрограммирования и способствует переходу клеточного фенотипа на более поздних стадиях. Это переключение функции регулируется шапероном гистонов Hira, который депонирует H3.3 на специфических участках ДНК, и эпигенетической модификацией, включающей добавление метильных групп к двум остаткам лизина. «Наши результаты были и удивительными, и неожиданными, потому что H3.3, по-видимому, работает как универсальный регулятор клеточного фенотипа», — говорит Ло.

Когда команда сверхэкспрессировала факторы транскрипции, известные своей способностью индуцировать конверсию фибробластов в плюрипотентные стволовые клетки, они обнаружили, что гены, связанные с функцией фибробластов, были обогащены H3.3. Транзиентное снижение экспрессии H3.3 на этой ранней стадии репрограммирования значительно улучшило индукцию плюрипотентности, что указывает на то, что H3.3 может препятствовать конверсии клеточного фенотипа.

Однако по мере прогрессирования репрограммирования H3.3 стал связываться с генами, ассоциированными с плюрипотентностью. Снижение его экспрессии на поздних стадиях репрограммирования снизило его эффективность, что позволяет предположить, что H3.3 необходим для установления нового плюрипотентного клеточного фенотипа.

Интересно, что когда команда попыталась дифференцировать эмбриональные стволовые клетки в нейроны, снижение уровня H3.3 привело к потере экспрессии генов, участвующих в поддержании плюрипотентности, и увеличению экспрессии нейрональных генов, подтверждая его роль в переходе клеточной линии.

Как объясняет Ло, «наше открытие предполагает способ преобразования клеток кожи в стволовые клетки с более высокой эффективностью, просто регулируя уровни H3.3». Дальнейшее понимание процессов, управляющих переходом клеточного фенотипа, повысит эффективность репрограммирования клеток для терапевтических целей.