Роль метилирования ДНК в определении клеточной судьбы: новые данные на уровне отдельных клеток

Исследователи из Института Бабрахама, применяя методы анализа отдельных клеток и сравнивая данные с клеточным атласом, связали наблюдаемые дефекты развития, вызванные нарушением процессов метилирования ДНК, с конкретными типами пораженных клеток. Работа, опубликованная в Genome Biology, расширяет понимание роли метилирования ДНК в эмбриогенезе, помогая расшифровать правила, по которым возникают разные типы клеток. Это знание важно для точного и безопасного направления клеточной судьбы в регенеративной медицине.

Стирание и восстановление метилирования ДНК жизненно важно для установления клеточной идентичности при формировании тканей и органов эмбриона. Удаление ключевых ферментов метилирования у мышей вызывает тяжелые дефекты развития, а в некоторых случаях — гибель эмбриона.

Исследователи из лаборатории Рейка использовали генетически модифицированных мышей, у которых были удалены две ключевые группы ферментов метилирования:

• Линии мышей-нокаутов, у которых индивидуально удаляли ДНК-метилтрансферазы (DNMT 1, 3a и 3b), вводящие и поддерживающие метилирование ДНК.
• Система для изучения эффекта совместного удаления всех трех ферментов TET (ten-eleven translocation (TET) метилцитозиндиоксигеназы 1/2/3), которые вызывают деметилирование.

С помощью метода single-cell RNA sequencing ученые измерили экспрессию генов в каждой линии мышей на 8.5 день после оплодотворения (начало органогенеза). Сравнение этих профилей экспрессии с референсным набором данных позволило идентифицировать все типы клеток эмбриона и оценить влияние нарушений метилирования на клеточную судьбу, сравнивая состав эмбрионов-нокаутов с эмбрионами дикого типа.

Ключевые выводы:

• Подтверждена репрессивная роль метилирования ДНК на этой стадии развития.
• Для подавления прошлых и альтернативных клеточных идентичностей необходимо поддерживать правильное метилирование ДНК.
• Для формирования определенных типов клеток метилирование ДНК должно быть удалено с некоторых участков генома.

Исследование позволило соотнести эффекты на формирование типов клеток с наблюдаемыми фенотипами и проанализировать специфичные для типа клеток изменения в экспрессии генов, связанные с дефектами в определении клеточной судьбы.

В результате работы создана интерактивная платформа данных, предоставляющая данные об экспрессии генов на уровне отдельных клеток у эмбрионов мышей с мутациями в генах Dnmt и Tet. Этот ресурс поможет другим исследователям в области развития и эпигенетики.