Генетическое «закладочное чтение» регулирует судьбу стволовых клеток
Белок, который остается прикрепленным к хромосомам во время деления клетки, играет ключевую роль в определении типа клетки, в которую могут превратиться стволовые клетки. Это открытие ученых из EPFL имеет важное значение для биологии стволовых клеток и их применения в медицине.
Во время деления клетки ДНК компактно упаковывается в хромосомы, и нормальная экспрессия генов в белки останавливается до образования новых клеток. Однако некоторые белки, регулирующие экспрессию генов, остаются прикрепленными к хромосомам и «закладывают закладку» для определенных генов в следующем поколении клеток. Эти белки называются транскрипционными факторами и особенно важны в эмбриональных стволовых клетках, так как определяют, в какие типы клеток они могут превратиться (дифференцироваться). Ученые EPFL обнаружили, что транскрипционный фактор, активно участвующий в поддержании эмбриональных стволовых клеток и контролирующий их дифференцировку в стволовые клетки мозга и спинного мозга, также «закладывает закладки» для генов во время клеточного деления. Исследование, опубликованное в Genes & Development, важно для понимания биологии стволовых клеток и их дифференцировки.
Новый фактор «закладочного чтения»
Лаборатория Дэвида Сутера в EPFL обнаружила, что хорошо изученный транскрипционный фактор Sox2 также «закладывает закладки» для генов во время деления стволовых клеток. Sox2 известен своим участием в поддержании эмбриональных стволовых клеток, нейральных стволовых клеток (которые становятся клетками мозга и спинного мозга) и даже раковых стволовых клеток.
Sox2 также является одним из четырех факторов репрограммирования, которые создают индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (неэмбриональные стволовые клетки, взятые из других частей взрослого организма).
Комбинируя различные методы микроскопии, ученые наблюдали, что Sox2 прикрепляется к хромосомам во время клеточного деления. Они также использовали метод ChIP-секвенирования, который анализирует взаимодействия белка с ДНК во всем геноме. Техника показала, что Sox2 связывается с различными хромосомами эмбриональных стволовых клеток во время деления, «закладывая закладку» для небольшого набора генов для следующего поколения клеток.
Влияние на судьбу клетки
Чтобы понять важность этого процесса, исследователи с помощью генетических методов полностью удалили Sox2 из процесса клеточного деления, и именно в момент его окончания, когда производятся новые клетки. Они обнаружили, что отсутствие Sox2 во время деления серьезно ограничивало способность эмбриональных стволовых клеток дифференцироваться в различные типы клеток (их «клеточную судьбу»). Потеря Sox2 также лишала их возможности дифференцироваться в стволовые клетки мозга и спинного мозга, хотя они все еще могли быть эффективно перепрограммированы в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки.
«Мы уже знали, что меньшинство транскрипционных факторов остается связанным с хромосомами во время клеточного деления, — говорит Дэвид Сутер. — Также долгое время считалось, что связывание с хромосомами во время деления может влиять на решения о клеточной судьбе».
Это исследование демонстрирует не только то, что Sox2 участвует в «закладочном чтении» генов во время деления, но и что этот процесс в целом регулирует решения о судьбе стволовых клеток. Это открытие открывает новые перспективы для понимания биологии стволовых клеток и их использования в биотехнологии и медицине.