Общий предок клеток слуха и осязания
Сенсорные клетки внутреннего уха и рецепторы осязания в коже имеют много общего, как показало новое исследование лаборатории стволовых клеток Нила Сегила в Университете Южной Калифорнии, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
«Существуют поразительные сходства в развитии двух типов специализированных сенсорных клеток: так называемых "волосковых клеток", воспринимающих звуковые колебания во внутреннем ухе, и клеток Меркеля, чувствующих легкое прикосновение на поверхности кожи», — сказал Нил Сегил. — «В конечном счете, эти сходства в развитии — наследие общей эволюционной истории. Это демонстрирует, как история эволюционной биологии развития, или "evo devo", распространяется и на так называемый "эпигенетический уровень" — то, как регулируются гены».
В исследовании аспирант Хаозе (Винсент) Ю, постдок Литао Тао и их коллеги выявили общий эпигенетический механизм регуляции генов, который позволяет стволовым клеткам и клеткам-предшественникам дифференцироваться в более специализированные волосковые клетки и клетки Меркеля.
Для начала дифференцировки нужные участки ДНК стволовой клетки должны быть извлечены из «хранилища». Каждая человеческая клетка может хранить около шести футов ДНК в ядре, потому что ДНК намотана на крошечные «катушки» из белков-гистонов. Эти катушки из ДНК и гистонов упакованы в нуклеосомы, которые, складываясь, образуют хроматин — материал хромосом.
Когда ДНК плотно упакована в такую конфигурацию для хранения, хроматин закрыт и недоступен для белка ATOH1. Этот белок является «главным регулятором», способным активировать сеть генов дифференцировки в ДНК внутри хроматина, но только получив к ней доступ.
Для этого ATOH1 стимулирует выработку второго белка — POU4F3. Это «пионер-фактор», способный связываться с закрытым и недоступным хроматином, прокладывая путь. После того как POU4F3 связывается с закрытым хроматином, ATOH1 получает возможность активировать сеть генов, которая запускает дифференцировку в волосковые клетки и клетки Меркеля.
Примечательно, что существует значительное совпадение конкретных участков хроматина, которые POU4F3 делает доступными для ATOH1 в волосковых клетках и клетках Меркеля.
«Удивительно, что эти два типа клеток, оба участвующие в восприятии механических стимулов, но происходящие из разных частей эмбриона, для дифференцировки полагаются на один и тот же механизм ATOH1/POU4F3», — сказал Сегил. — «Наше исследование предполагает, что этот механизм чрезвычайно древний и возник до того, как волосковые клетки и клетки Меркеля разошлись от общего эволюционного предка — "ур-механорецепторного" типа клеток».