От клеток прямой кишки к нейронам: ключи к пониманию клеточной трансдифференцировки

Как специализированная клетка может изменить свою идентичность? Команда из Института генетики и молекулярной и клеточной биологии (CNRS/INSERM/Университет Страсбурга) исследовала 100% эффективный естественный пример этого явления, называемого трансдифференцировкой. Этот процесс, при котором некоторые клетки теряют свои характеристики и приобретают новую идентичность, может быть более широко вовлечен в регенерацию тканей или органов у позвоночных и является многообещающим направлением исследований для регенеративной медицины.

Наше тело состоит из клеток, которые приобрели характеристики в процессе развития и выполняют точную функцию в каждом органе: мы называем эти клетки дифференцированными. Как правило, клетки сохраняют свою специфичность до самой смерти, но доказано, что некоторые клетки могут изменить состояние и приобрести новые функции. Это редкое явление, но оно встречается у многих видов и называется «трансдифференцировкой».

Команда изучала этот процесс у C. elegans, маленькой прозрачной нематоды, где клетка прямой кишки естественным образом превращается в мотонейрон. Это изменение одного типа клеток в другой происходит без деления клеток, путем последовательности четко определенных шагов, которые всегда приводят к одному и тому же результату. Исследователи изучили факторы, которые делают процесс конверсии таким стабильным.

Роль эпигенетических факторов

Команда ранее выяснила роль нескольких транскрипционных факторов в этой трансдифференцировке. Но новые результаты показали роль так называемых «эпигенетических» факторов, которые могут модулировать экспрессию генов. В механизме задействованы два белковых комплекса. Эти ферменты действуют на гистон, и когда мутация меняет их действие, трансдифференцировка останавливается, и клетка прямой кишки больше не превращается в нейрон.

Исследователи наблюдали, что два комплекса действуют на разных этапах и их роль может меняться в зависимости от транскрипционных факторов, с которыми они связаны. Эти результаты подчеркивают важность правильной последовательности шагов для каждой из этих молекул: динамическая природа механизма трансдифференцировки необходима для его стабильности.

Взаимодействие генетических и эпигенетических факторов

Соответствующая роль генетических и эпигенетических факторов в биологических процессах — горячо обсуждаемая тема. Эта работа показывает, как каждый из этих факторов действует при трансдифференцировке: транскрипционные факторы управляют инициацией и прогрессом, тогда как эпигенетические факторы гарантируют постоянный результат.

Исследование идет еще дальше, показывая, что в «нормальных» условиях эпигенетические факторы являются второстепенными (даже при их отсутствии конверсия происходит относительно эффективно), но они становятся незаменимыми при наличии стрессоров окружающей среды. Таким образом, они играют решающую роль в максимизации эффективности механизма и обеспечении его стабильности перед лицом внешних вариаций.

Значение для регенеративной медицины

Трансдифференцировка — плохо изученное явление. Оно может быть вовлечено в регенерацию органов, которую мы наблюдаем у некоторых организмов, например, у тритонов, которые могут восстанавливать хрусталик глаза после травмы. Эти результаты дают ключевую новую информацию, которая поможет понять, как контролировать этот процесс, и могут открыть путь к перспективным методам лечения, в частности, в области регенеративной медицины.

Работа, проведенная в сотрудничестве с Институтом Кюри, была опубликована 15 августа 2014 года в журнале Science.