Исследование выявило динамические изменения в регуляции генов в стволовых клетках человека
Команда учёных из Исследовательского института Скриппса и Калифорнийского университета в Сан-Диего обнаружила новый тип динамических изменений в человеческих стволовых клетках.
Исследование, опубликованное 4 мая 2012 года в журнале Cell Stem Cell, показывает, что эти клетки могут менять свои эпигеномы — паттерны модификаций ДНК, регулирующие активность конкретных генов, иногда радикально. Эти изменения могут влиять на пригодность клеток в качестве моделей для изучения болезней и развития человека.
Методология и масштаб исследования
Учёные сосредоточились на изучении сайленсинга генов через метилирование ДНК. Они оценили состояние метилирования ДНК и экспрессии генов в самом масштабном на сегодня наборе образцов:
- Более 200 образцов плюрипотентных стволовых клеток человека из 100+ линий.
- 80 образцов взрослых клеток, представляющих 17 различных типов тканей.
Использовался новый глобальный ДНК-микрочип, разработанный совместно с Illumina, Inc., который определяет состояние метилирования в 450 000 сайтов генома человека.
Ключевые открытия
Потеря инактивации X-хромосомы (XCI)
- В большинстве женских плюрипотентных стволовых клеток, культивируемых в лаборатории, со временем терялась XCI. Это приводило к появлению клеток с двумя активными X-хромосомами.
- Последствие: это может влиять на модели болезней, сцепленных с X-хромосомой (например, синдром Леша-Нихена), так как со временем в культуре фенотип клеток может меняться с мутантного на нормальный.
Аберрации в импринтированных генах
- В стволовых клетках обнаружены частые нарушения паттернов метилирования ДНК в импринтированных генах (где экспрессируется только материнская или только отцовская копия).
- Некоторые нарушения возникали на ранних этапах создания клеточных линий, другие — со временем.
- Часть этих аберраций была связана с условиями культивирования клеток в лаборатории.
Пересмотр процесса дифференцировки
- Вопреки ожиданиям, гены, связанные с развитием специализированных тканей, в стволовых клетках были метилированы и неактивны.
- Во взрослых клетках эти же регионы ДНК были деметилированы и активны.
- При дифференцировке стволовых клеток в нейроны в чашке Петри паттерны метилирования становились похожи на те, что наблюдаются в ткани мозга.
- Вывод: гены, ответственные за превращение стволовых клеток в тканевые, изначально "молчат" и включаются в процессе дифференцировки, а не выключаются.