Исследователи выяснили, как клетки «знают» своё будущее и «забывают» прошлое
Учёные из Центра биологии стволовых клеток Novo Nordisk Foundation (DanStem) Копенгагенского университета обнаружили, как стволовые клетки теряют потенциал к развитию в любой тип клеток, то есть «забывают своё прошлое». Оказалось, что белки-транскрипционные факторы играют иную роль, чем считалось ранее.
В течение 30 лет догмой было то, что транскрипционные факторы являются двигателями экспрессии генов, запуская изменения, включая и выключая гены. Новые результаты, опубликованные в Nature, показывают иное.
«Мы обнаружили, что транскрипционные факторы могут быть скорее аналогом памяти клетки. Пока они связаны с геном, ген может быть считан (включён), но внешние сигналы, получаемые клетками, определяют, будет ли ген включён или выключен. Как только транскрипционные факторы исчезают, клетки больше не могут вернуться в исходную точку», — объясняет профессор Джош Брикман.
Новый взгляд на роль белков
Исследователи разработали модель стволовых клеток, чтобы имитировать клеточный ответ на сигналы, и впервые точно определили последовательность событий при включении и выключении гена в ответ на сигнал. Они смогли описать, при каких обстоятельствах клетка может развиваться в определённом направлении, но затем вернуться к стартовой точке.
Часть работы включала измерение модификации белков в клетке путём фосфорилирования с помощью масс-спектрометрии в сотрудничестве с группой Еспера Олсена из Центра исследования белков Novo Nordisk Foundation.
Новые ответы на старые вопросы
Результаты удивительны. Хотя ранее последовательность процессов транскрипции нельзя было измерить так точно, догмой было то, что транскрипционные факторы составляют переключатель, необходимый для инициации транскрипции гена. Для эмбриональных стволовых клеток (и, возможно, других типов клеток) это не так.
«Транскрипционные факторы по-прежнему являются ключевым сигналом, но они не управляют процессом, как думали раньше. Они остаются на месте некоторое время после того, как ген считан. А когда они исчезают, окно, в котором ген может быть считан, закрывается. Это можно сравнить с инверсионным следом в небе, который медленно рассеивается», — объясняет первый автор, доцент Уильям Гамильтон.
Значение для науки и медицины
Это открытие меняет фундаментальные предположения в молекулярной биологии. Новые результаты особенно важны для исследователей, работающих со стволовыми клетками и биологией рака. Они дают новое понимание того, как клетки развиваются и когда достигается точка невозврата.
«В проекте мы сосредоточились на сигнальном пути фактора роста фибробластов (FGF) — внеклеточной сигнал-регулируемой киназы (ERK). Этот путь часто нарушен при многих типах рака, и мы надеемся, что данные этого исследования укажут новые способы точечного воздействия на этот путь в раковых клетках», — заключает Джош Брикман.