Быстро делящиеся клетки более подвержены эпигенетическим изменениям

Хроматин — комплекс ДНК и белков в ядре клетки — регулирует доступ к генам. Ключевую роль в его структурировании играют химические модификации белков-гистонов, которые могут активировать или подавлять экспрессию генов. Исследователи под руководством молекулярного биолога LMU Ральфа Руппа показали, что сам процесс деления клеток влияет на доминирующие модификации. В быстро делящихся клетках уровень репрессивных (подавляющих) модификаций снижается, что повышает вероятность реактивации «замолчавших» генов. Это явление наблюдается в эмбриональных клетках и, вероятно, в стволовых и клетках-предшественниках взрослого организма, как сообщается в журнале PLOS Biology.

Влияние клеточного цикла на эпигенетический профиль

Используя модель головастика шпорцевой лягушки Xenopus laevis, группа Руппа обнаружила, что при переходе клеток из покоящегося состояния в пролиферативное (активное деление) определённые эпигенетические маркеры избирательно изменяются. Особенно это касается репрессивных модификаций.

«Такие модификации, по-видимому, очень чувствительны к так называемому эффекту разбавления S-фазы», — говорит Рупп. Во время деления клетки реплицируется не только ДНК, но и весь хроматин. Существующие гистоны распределяются между дочерними цепями ДНК, а в промежутки встраиваются вновь синтезированные, ещё немодифицированные гистоны. В результате степень модификации гистонов в дочерних хромосомах сразу после деления вдвое ниже, чем до репликации ДНК.

Последствия для клеточной пластичности

Наблюдения показали, что скорость пролиферации клеток опережает скорость синтеза репрессивных модификаций гистонов в хроматине. Это означает, что уже инактивированные гены возвращаются в менее подавленное состояние, когда клетка снова начинает делиться. Свойства клетки оказываются более пластичными, чем обычно предполагается.

«Напротив, в покоящихся клетках общее количество репрессивных маркеров увеличивается — и в какой-то момент достигает уровня, при котором определённые гены становятся необратимо инактивированными», — поясняет Рупп.

По мнению авторов, этот механизм, вероятно, играет важную роль не только в эмбриональных, но и во взрослых стволовых клетках и клетках-предшественниках. Его также можно потенциально использовать для репрограммирования клеток, чтобы повысить их эффективность для конкретных терапевтических целей.