Клетки сохраняют полную молекулярную «память» о своем эмбриональном происхождении
Ученые из Института рака Дана-Фарбер обнаружили, что взрослые ткани сохраняют «память», записанную на их ДНК, о тех эмбриональных клетках, из которых они возникли. Более того, эта память полностью извлекаема: при определенных условиях клетки могут «проиграть историю» своего развития в обратном порядке, чтобы включить гены, активные в эмбриональном состоянии.
Исследование, опубликованное в журнале Molecular Cell, опровергает прежнее научное предположение, что взрослые ткани почти не несут следов своего эмбрионального происхождения.
Суть открытия
- «Эмбриональная память» существует в форме молекул метильных групп, которые связываются с ДНК и отделяются от нее. Расположение этих групп определяет, какие гены активны, а какие нет.
- Исследователи сосредоточились на метилировании областей ДНК, известных как энхансеры (усилители). Энхансеры действуют как «ключи» для включения и выключения генов.
- В процессе дифференцировки клетки используют разные наборы энхансеров на разных стадиях развития. К моменту формирования организма большинство энхансеров, использовавшихся в эмбриогенезе, становятся неактивными.
- Ключевая особенность: даже неактивные энхансеры сохраняют состояние гипометилирования (низкого содержания метильных групп) в определенных участках (где за молекулой C в генетическом коде следует G).
Результаты эксперимента
- В клетках кишечника взрослых мышей был обнаружен почти полный архив энхансеров, активных на ранних стадиях развития кишечника.
- Было установлено, что при отсутствии белка Polycomb Repressive Complex 2 (PRC2) (одного из основных белков, используемых клетками для выключения генов) большинство этих «законсервированных» энхансеров возвращались к активности в течение двух недель.
«Мы показали, что взрослые клетки не только сохраняют память об эмбриональном и фетальном периоде, но и что при определенных обстоятельствах эту память можно восстановить. Архив хранится в безопасности и может быть извлечен с замечательной специфичностью и точностью», — говорит старший автор исследования Рэймеш Шивдасани.
Значение и перспективы
- Регенеративная медицина: Открытие предполагает, что клетки пациентов можно, возможно, «уговорить» вернуться на более раннюю стадию развития, а затем позволить им созреть во взрослые ткани для замены поврежденных или больных органов. Такие ткани, полученные из собственных клеток пациента, не будут отторгаться иммунной системой.
- Исследование рака: Предполагается, что одна из способностей раковых клеток покидать первоначальную опухоль и метастазировать — это включение генов, активных во время эмбрионального развития, но позже «уснувших». Знание о том, что клетки хранят запись своих когда-то активных энхансеров, может указать на новые мишени для терапии, направленной на остановку или предотвращение метастазирования.
- Возможная причина сохранения памяти: Память может быть просто «реликвией» ранней стадии развития клеток. Другая гипотеза — клеткам, возможно, необходимо вызывать эти воспоминания для регенерации поврежденных тканей, «переигрывая» эмбриональные процессы.