Связь между метаболизмом и обновлением стволовых клеток

Новое исследование ученых из Рокфеллеровского университета и Онкологического центра Слоан Кеттеринг объясняет, как стволовые клетки могут поддерживать состояние неограниченного потенциала («вечной молодости»). Оказалось, они перестраивают свой метаболизм, чтобы усилить механизм «стирания» эпигенетических меток, что помогает избежать специализации и улучшает способность к самообновлению.

Исследование, опубликованное 10 декабря в Nature, связывает метаболизм (химические реакции, превращающие пищу в энергию и строительные материалы) с изменениями в упаковке генов (хроматине) и, как следствие, их активностью.

Ключевой механизм:

• Для сохранения плюрипотентности стволовым клеткам необходимо, чтобы их геном оставался максимально доступным.
• Этому мешают метильные группы — эпигенетические метки, которые уплотняют и «заглушают» участки хроматина.
• Удаление этих меток зависит от метаболитов — продуктов обмена веществ. Ключевую роль играет альфа-кетоглутарат (α-KG).

Экспериментальные данные:

• Эмбриональные стволовые клетки мыши, выращенные в специальной среде 2i, лучше самообновляются, чем в традиционной среде с сывороткой.
• Клетки в среде 2i перестроили метаболизм: они не требуют глутамина для производства α-KG и снижают его расщепление в цикле трикарбоновых кислот (превращение в сукцинат).
• В результате уровень α-KG повышается, а сукцината — падает. Это смещает равновесие в пользу реакций, удаляющих метильные группы с хроматина, делая геном более доступным.
• Добавление α-KG к клеткам, выращенным в сыворотке, заставило их вести себя как более плюрипотентные клетки 2i.

Значение работы:

Это открытие улучшает понимание развития и регенерации, приближая возможность использования стволовых клеток для лечения травм (например, спинного мозга) или болезней (например, диабета 1 типа). Оно также может быть важно для изучения рака, где дифференцированные клетки ошибочно приобретают свойства стволовых.