Новый фактор, определяющий нейральную "программу по умолчанию" у эмбриональных стволовых клеток

Эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) известны своей способностью давать начало всем клеточным линиям взрослого организма (плюрипотентностью). Однако без внешних сигналов ЭСК склонны дифференцироваться именно в нейральные линии. Исследователи из RIKEN выявили, что ядерный белок Zfp521 является ключевым для этой "нейральной программы по умолчанию".

Механизм нейральной дифференцировки по умолчанию

Известно, что в отсутствие ингибирующих сигналов (например, BMP4) предпочтительным путем дифференцировки ЭСК является нейральная эктодерма. Однако молекулярный механизм этой внутренней склонности клеток оставался неясным.

Роль Zfp521

Исследование началось с анализа генов в мышиных ЭСК, сделавших первый шаг к нейральной дифференцировке (маркер Sox1). Среди 104 генов особый интерес представлял Zfp521, который оказался мощным промотором нейральной дифференцировки:

• Принудительная экспрессия Zfp521 увеличивала экспрессию ранних нейральных маркеров (Sox1, Sox3, Ncad).
• Эффект Zfp521 преодолевал подавление нейральной дифференцировки белком BMP4.
• Экспрессия Zfp521 в развивающемся эмбрионе усиливалась в нейроэктодермальной области эпибласта с ~6.5 дня.

Необходимость Zfp521 для нейрального развития

• Подавление функции Zfp521 с помощью короткой шпилечной РНК (shRNA) резко снижало количество клеток, экспрессирующих нейральные маркеры. Этот эффект был клеточно-автономным.
• ЭСК с "нокаутом" Zfp521, введенные в бластоцисты, не вносили значимого вклада в формирование ростральной нервной трубки, что указывает на нарушение первичной нейруляции.

Механизм действия

Исследование временного окна действия показало, что потеря функции Zfp521 не влияла на развитие внутренней клеточной массы (ICM) в эпибласт, но препятствовала переходу клеток эпибласта в нейроэктодерму.

• Анализ ChIP показал, что Zfp521 связывается с рядом генов, специфичных для нейроэктодермы, но не с генами, поддерживающими плюрипотентность или отвечающими за другие линии дифференцировки.
• Это указывает, что Zfp521 действует как трансактиватор нейральной спецификации, активируя нейральные гены, а не ингибируя ненейральные.
• Возможный механизм — взаимодействие Zfp521 с гистоновой ацетилазой p300.

Выводы

Zfp521 функционирует как ключевой фактор, автономно направляющий недифференцированные ЭСК к судьбе нейроэктодермы в отсутствие противодействующих сигналов (например, BMP4). Это дает представление о механизмах, запускающих нейральную дифференцировку на ранних этапах развития.