Обнаружена недостающая связь между путями развития клеток
Исследователи из Института Сэнгера и Кембриджского института стволовых клеток обнаружили новый механизм, координирующий развитие человека в ответ на сигналы извне клетки. Исследование, опубликованное в Nature, показало, что белки SMAD2 и SMAD3 (SMAD2/3) связывают и координируют множество различных путей в клетке, которые ранее считались независимыми.
Помимо включения конкретных генов по команде, исследователи впервые увидели, что SMAD2/3 точно регулирует время их экспрессии, тонко настраивая процессы, необходимые для развития эмбриона и роста.
Этот новый механизм может быть важен для других процессов, требующих быстрого ответа — таких как восстановление органов, иммунный ответ или рост рака, — и это открытие может вдохновить новые методы их изучения.
Для правильного функционирования клеток и тканей определённые гены должны включаться и выключаться в нужное время в ответ на сигналы — факторы роста — извне клетки. Белок SMAD2/3 известен как жизненно важная часть этого процесса передачи сигнала: активируясь внутри клетки, он включает и выключает гены, необходимые для множества различных процессов — от развития эмбриона и роста до активации иммунной системы или рака.
SMAD2/3 выполняет множество различных функций в разных клетках: от контроля роста в одних типах клеток до управления реакцией на стресс в других. Было известно, что он взаимодействует с определёнными ДНК-связывающими белками — факторами транскрипции, — однако до сих пор оставалось загадкой, как SMAD2/3 может выполнять так много различных функций.
Исследователи изучили развивающиеся человеческие плюрипотентные стволовые клетки — клетки, способные дать начало всем тканям и органам тела человека, — исследуя взаимодействия SMAD2/3 с другими белками. Они обнаружили, что, хотя SMAD2/3 действительно связывается с некоторыми факторами транскрипции, он также взаимодействует с белками, участвующими в целом спектре молекулярных процессов в клетке, координируя их с передачей клеточных сигналов.
Один из таких молекулярных процессов — недавно открытый механизм, известный как редактирование РНК. Когда в клетке производятся белки, ДНК транскрибируется в матричную РНК (mRNA), которая затем транслируется в необходимые клетке белки. Однако редактирование РНК может вносить изменения в РНК, снижая её стабильность и контролируя, как долго может производиться белок, фактически выключая ген быстрее, чем если бы остановилась только транскрипция РНК.
Впервые исследователи увидели, что SMAD2/3 способен активировать белок редактирования РНК, который делал определённые РНК нестабильными и быстро разрушающимися. SMAD2/3 выступил связующим звеном между передачей клеточного сигнала и редактированием РНК, позволяя клетке включать, а затем быстро снова выключать гены, важные для развития.
«Насколько нам известно, это первый случай, когда кто-либо увидел, что SMAD2/3 может взаимодействовать с таким количеством различных процессов, неожиданно координируя разные клеточные пути. Наше исследование показывает, что SMAD2/3 похож на многофункциональный швейцарский армейский нож, а не на специализированный инструмент, каким его считали ранее, создавая связь между различными ключевыми путями», — сказал доктор Алессандро Бертеро, первый автор статьи.
Поскольку активность SMAD2/3 регулируется факторами роста, исследование проливает свет на новый способ контроля функции клетки сигналами извне.
«Наше исследование показывает, что передача сигналов с помощью SMAD2/3 координирует клеточные механизмы и позволяет клеткам быстро менять состояние. Понимание этого может быть важно для изучения таких заболеваний, как рак, где клеточные процессы часто исследуются изолированно. Эти результаты также могут изменить способ изучения таких механизмов, как процессинг mRNA, репарация ДНК и регуляция транскрипции, и открыть целые новые области исследований», — сказал доктор Людовик Валье, ведущий автор статьи.