Белок, который придает идентичным клеткам индивидуальность

Новое понимание роли белка в регуляции плотной упаковки ДНК может иметь значение для борьбы с устойчивостью опухолевых клеток к противораковым препаратам.

Исследователи из Университета Хоккайдо выяснили, как белок поддерживает хрупкий баланс между плотной упаковкой ДНК внутри дрожжевых клеток с идентичным генетическим материалом и одновременным допущением вариаций между ними. Результаты, опубликованные в журнале PLOS Genetics, могут помочь найти способы подавления формирования опухолевых клеток, устойчивых к лекарствам.

Невероятно длинные нити ДНК в клетках упакованы в структуру, называемую хроматином, с помощью белков-гистонов. Гетерохроматин — это области, где части хроматина упакованы особенно плотно. Это делает определенные гены труднодоступными, фактически "заглушая" их. Аномальное формирование гетерохроматина может подавлять гены, необходимые для базовых функций клетки. Но оно также может играть роль в адаптации клеток к изменяющимся условиям, меняя доступность генов. Механизмы, регулирующие распределение гетерохроматина, до конца не изучены.

Известно, что белок Epe1 играет подавляющую роль в формировании гетерохроматина. Биохимик Йота Мураками из Университета Хоккайдо возглавил команду ученых, чтобы выяснить, что происходит на молекулярном уровне.

Когда клетка дрожжей-шизосахаромицетов делится на две, каждая клетка имеет идентичный генетический материал. Команда Мураками обнаружила, что "выключение" Epe1 в дрожжевых клетках приводило к стохастическому (случайному) формированию гетерохроматина, изменяя характеристики некоторых клеток и приводя к появлению более разнообразной популяции дрожжей.

На молекулярном уровне Epe1 противодействует молекулярной метке на гистоне, называемой H3K9me, которая рекрутирует белки, "заглушающие" гены, для формирования гетерохроматина. Команда выяснила, что Epe1 предотвращает нанесение метки H3K9me в сайтах, где потенциально может сформироваться аномальный "эктопический" гетерохроматин. Он также способствует удалению H3K9me с уже сформированного эктопического гетерохроматина, дестабилизируя плотную структуру.

"Интересно, что наше исследование показало, что удаление эктопического гетерохроматина белком Epe1 неполное. Таким образом, он создает разнообразие в экспрессии генов и клеточных характеристиках в популяции с одинаковым генетическим материалом", — говорит Йота Мураками. — "Другими словами, в то время как Epe1 предотвращает появление крайнего разнообразия, вызванного случайным формированием гетерохроматина, он также допускает индивидуальность".

Считается, что клеточное разнообразие помогает адаптации к постоянно меняющейся среде, но это не всегда хорошо. Делищиеся опухолевые клетки также могут приобретать разнообразие и развивать устойчивость к противораковым методам лечения.

"Поскольку механизмы регуляции хроматина, обнаруженные в клетках дрожжей-шизосахаромицетов, схожи с таковыми у людей и других млекопитающих, эта работа может улучшить понимание того, как клетки нашего тела адаптируются к изменяющимся условиям и развивают устойчивость к противораковому лечению", — объясняет Йота Мураками.