Наследование родительских гистонов защищает судьбу эмбриональных стволовых клеток мыши

Исследователи под руководством профессора Гань Хайюнь из Шэньчжэньского института перспективных технологий Китайской академии наук задокументировали защитный механизм наследования родительских гистонов. Распределение родительских гистонов способствует установлению хроматиновых состояний во время дифференцировки клеток, изменяя потенциал дифференцировки эмбриональных стволовых клеток.

Исследование опубликовано в Nature Genetics.

Процесс точной передачи и восстановления посттрансляционных модификаций гистонов на основе распределения родительских гистонов играет ключевую роль в поддержании клеточной идентичности при делении клеток.

Недавние исследования показали, что белки реплисомы Mcm2 и Pole3/Pole4 облегчают перенос родительских гистонов на отстающую и лидирующую цепи репликации. Остается неизвестным, регулируется ли распределение родительских гистонов для запрограммированных изменений экспрессии генов во время клеточной дифференцировки.

Чтобы изучить потенциальную роль распределения родительских гистонов в процессе дифференцировки клеток, исследователи нарушили симметричное наследование посттрансляционных модификаций родительских гистонов в эмбриональных стволовых клетках мыши.

Они обнаружили, что асимметричное наследование родительских гистонов изменяет ландшафт посттрансляционной модификации гистонов H3K27me3. Мутантные клетки не могли полностью дифференцироваться по нейральному пути, что также нарушало эмбриональное развитие мыши.

Комбинируя одноклеточную транскриптомику и эпигеномику с отслеживанием клеточных линий, они показали, что асимметричное наследование родительских гистонов повышает эпигенетическую и транскриптомную гетерогенность, изменяя ландшафты гистонового варианта H3.3.

Нарушение нейральной дифференцировки было вызвано глобальным перераспределением посттрансляционных модификаций гистонов, особенно H3K27me3, что изменило активацию генов нейральной линии.

«Наше исследование демонстрирует прямую связь между распределением гистонов, сопряженным с репликацией ДНК, и дифференцировкой клеток», — сказал профессор Ган.

Последние пару десятилетий были особенно плодотворными для объяснения молекулярных механизмов, связанных с поддержанием хроматиновых состояний во время репликации ДНК. Однако оставался нерешенным главный вопрос: насколько важно наследование модификаций гистонов во время репликации ДНК для контроля клеточной идентичности?

«Лаборатория Гана экспериментально оценивает этот ключевой вопрос в эпигенетике. Их исследование показывает, что эпигенетическое наследование модификаций гистонов участвует в правильном установлении новых клеточных идентичностей, демонстрируя, что эпигенетический контроль — не просто механизм стабилизации установленных клеточных состояний. Скорее, он в значительной степени способствует динамическим изменениям клеточной судьбы, необходимым для развития», — прокомментировал Пабло Наварро из Университета Париж Ситэ.