Учёные выяснили, почему клетки не могут полностью изменить идентичность при репрограммировании
Новое исследование пролило свет на трудности преобразования одного типа специализированных клеток в другой — процесс, критически важный для прогресса в регенеративной медицине. Ключевым препятствием для поддержания новой идентичности репрограммированных клеток оказались их исходные паттерны метилирования ДНК — важные маркеры, определяющие клеточную идентичность.
Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, провели профессора Йосеф Буганим и Ховард Сидар из Еврейского университета и профессор Бен Стэнджер из Пенсильванского университета.
Клеточное репрограммирование, часто достигаемое с помощью процесса трансдифференцировки, позволяет учёным превращать клетки в другие типы, например, превращать клетки кожи в клетки сердца. Хотя эти преобразования изначально кажутся успешными, вновь репрограммированные клетки часто не могут сохранить свою новую идентичность с течением времени.
В результате получаются клетки, которые ведут себя лишь частично как целевой тип клеток, что ограничивает их использование в долгосрочных методах лечения или терапевтических приложениях.
Чтобы лучше понять эту проблему, исследователи разработали новый подход для анализа изменений в метилировании ДНК во время конверсии клеток. Метилирование ДНК — это химический процесс, который помогает регулировать активность генов в клетке, служа своего рода клеточной памятью, фиксирующей идентичность клетки.
Изучая различные модели прямой конверсии клеток как в лабораторных культурах, так и в тканях животных, команда обнаружила, что, хотя клетки могут начать выглядеть и вести себя как новый тип, они сохраняют свои исходные паттерны метилирования ДНК.
«Несмотря на значительные изменения в экспрессии генов, репрограммированные клетки не могут полностью стереть свои исходные инструкции развития. Это ограничивает их способность полностью принять новую роль», — пояснил профессор Буганим.
Исследование предполагает, что ограничения развития, заложенные в регуляторных областях ДНК, не позволяют клеткам сбросить эти паттерны. В результате репрограммированные клетки не становятся полностью функциональными версиями целевого типа.
«Это открытие открывает новые пути для понимания молекулярных барьеров на пути к полному клеточному репрограммированию, — добавил профессор Сидар. — Оно также приближает нас на шаг к пониманию того, как преодолеть эти препятствия, что может иметь серьёзные последствия для будущих медицинских применений, включая регенерацию тканей и моделирование заболеваний».
Эти результаты представляют собой важный шаг в области клеточного репрограммирования, предлагая ключевое понимание того, как достичь стабильных и функциональных клеточных преобразований для будущей клеточной терапии.