Эпигенетика: Чему эмбрион может научить нас в перепрограммировании клеток

Перепрограммирование клеток открывает выдающиеся возможности для искусственного получения стволовых клеток для регенеративной медицины. Поскольку современные методы имеют низкую эффективность, исследователи стремятся изучить процессы в раннем эмбрионе, чтобы научиться быстрее и эффективнее получать высококачественные, полностью перепрограммированные стволовые клетки.

Проф. Мария-Элена Торрес-Падилья и д-р Адам Бёртон проводят пионерские исследования в этой области.

Зачем нужно перепрограммировать клетки?

Торрес-Падилья: Способность искусственно генерировать клетки, которые могут развиться в любой тип клеток (тотипотентность), была бы фантастической. Для регенеративной медицины часто требуется «перепрограммировать» одни клетки в нужный тип.

В природе клеточное перепрограммирование происходит в раннем эмбрионе после оплодотворения. Это чисто эпигенетический процесс: содержание ДНК не меняется, меняется только экспрессия генов, на которую влияет структура хроматина. Гетерохроматин (плотно упакованная, недоступная часть ДНК) является основным препятствием для искусственного перепрограммирования.

Однако в эмбрионах этот процесс чрезвычайно эффективен (возможно, на 100%). Поэтому мы хотим понять, как эмбрион «держит гетерохроматин под контролем». Использование этой стратегии может повысить эффективность перепрограммирования для регенеративной медицины.

Как эмбрион справляется с гетерохроматином?

Бёртон: В моделях на мышах мы обнаружили, что классический маркер гетерохроматина — гистоновая модификация H3K9me3 — присутствует в эмбрионе с самого начала. Обычно H3K9me3 сильно коррелирует с сайленсингом генов, но в раннем эмбрионе, что удивительно, это не так: H3K9me3 совместим с экспрессией генов!

Наше ключевое открытие: фермент, добавляющий метку H3K9me3 к гистону, ингибируется некодирующей РНК. В эмбрионе существует активный процесс, противодействующий установлению полностью функционального гетерохроматина. Мы пришли к выводу, что гетерохроматин в раннем эмбрионе млекопитающих является незрелым и не может выполнять свою типичную функцию, вероятно, из-за отсутствия других критических факторов.

Как это новое знание можно использовать для искусственного перепрограммирования клеток?

Торрес-Падилья: Наша работа показывает потенциальный способ «ослабить» гетерохроматин. Эти открытия предоставят нам факторы, которыми можно манипулировать, чтобы сделать искусственное перепрограммирование клеток более эффективным и повысить скорость конверсии клеток.

Ключевой вывод: мы можем учиться у эпигенетического ремоделинга, происходящего во время естественного процесса перепрограммирования в эмбрионе, и применять эти знания для улучшения современных неэффективных искусственных стратегий. Это позволит более эффективно и быстро получать высококачественные стволовые клетки, что жизненно важно для полного внедрения подходов регенеративной медицины в клинику.