Идентифицировано более 2000 генетических регионов, ключевых для развития эмбриональных стволовых клеток

Исследователи из Медицинской школы Стэнфордского университета идентифицировали более 2000 генетических регионов, вовлеченных в раннее развитие человека. Эти регионы, называемые энхансерами, отвечают за запуск экспрессии удаленных генов, когда эмбриональные стволовые клетки начинают делиться, образуя множество тканей растущего эмбриона.

Старший автор исследования Джоанна Высоцка (Joanna Wysocka, PhD) отметила, что эта работа станет огромным ресурсом для ученых, изучающих клетки раннего развития человека.

Открытие "готовых" энхансеров

Исследование, опубликованное в Nature, также выявило интересную особенность человеческих эмбриональных стволовых клеток: они заранее готовятся к будущим требованиям эмбрионального развития. Клетки "подготавливают" (priming) подмножество энхансеров к активации, помечая их белками и химическими метками. Эти "готовые" (poised) энхансеры одновременно сдерживаются другими модификациями, которые сохраняют их неактивными. Когда эти эпигенетические изменения удаляются, энхансеры могут быстро запустить экспрессию генов, необходимых для перехода от стволовой клетки к развивающемуся эмбриону.

Методология и классификация

Используя метод хроматин-иммунопреципитации (chromatin immunoprecipitation) с антителами к специфическим эпигенетическим меткам, исследователи во главе с постдоком Альваро Рада-Иглесиасом (Alvaro Rada-Iglesias, PhD) обнаружили два класса элементов:

• Класс-1: Около 5000 кандидатов в активные энхансеры, регулирующие гены, активные в эмбриональных стволовых клетках.
• Класс-2: 2200 регионов с двойными модификациями — как активирующими, так и инактивирующими. Анализ с помощью программы GREAT (Genomic Regions Enrichment of Annotation Tools) показал, что эти элементы связаны с генами, вовлеченными в ранние процессы развития, такие как гаструляция и формирование зародышевых листков.

Активация в процессе дифференцировки

Когда ученые инициировали дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в нейроэктодерму, около 200 энхансеров класса-2 приобрели сигнатуру активированных (класс-1), и связанные с ними гены включились. Это подтвердило, что класс-2 элементы "готовы организовать развитие тканеспецифичным образом".

Функциональная проверка на модели

Для проверки функции исследователи присоединили отдельные энхансеры к репортерному гену (светящемуся зеленым) и ввели конструкции в одноклеточные эмбрионы рыбки данио. В развивающихся эмбрионах наблюдалась специфичная по месту и времени экспрессия, имитирующая экспрессию соседних генов развития.

Значение и дальнейшие исследования

Теперь в распоряжении ученых есть более 2000 элементов для изучения развития и выделения транзиторных клеточных популяций. Следующие задачи — выявить механизм переключения элементов класса-2 из неактивного в активное состояние и понять, как изначально устанавливается их "готовое" состояние в эмбриональных стволовых клетках.