Перепрограммирование ооцита

Яйцеклетка, помимо прочего, оптимизирована для обработки генома сперматозоида. Цитоплазматические факторы, обеспечивающие эту способность, также позволяют яйцеклетке перепрограммировать ядра других типов клеток, если их поместить внутрь. Хотя этот метод «переноса ядра соматической клетки» — удобный способ получения плюрипотентных клеток (очень похожих на эмбриональные стволовые клетки или даже клонов, как овца Долли), у него есть серьёзные логистические и этические сложности. Альтернатива — подход «транскрипционных факторов» или iPSC, который пытается индуцировать плюрипотентное состояние, имея лишь частичное знание о полном механизме, используемом яйцеклеткой.

Набор из четырёх ключевых транскрипционных факторов (Oct4, Sox2, Myc и Klf4), будучи лишь подмножеством класса генов материнского эффекта, достаточен для создания приемлемых iPSC. Однако, как отмечают исследователи из Сингапура в недавней статье в Cell Reports, главный недостаток — их низкая эффективность в установлении полной, подлинной плюрипотентности. Чтобы улучшить ситуацию, учёные протестировали 20 генов, обогащённых в ооците, на способность усиливать перепрограммирование фибробластов мыши в iPSC, которые уже экспрессировали ретровирусные версии вышеуказанных факторов.

Единственными факторами, которые сработали (т.е. значительно увеличили количество колоний iPSC, позитивных по щелочной фосфатазе), оказались члены семейства белков T-клеточного лейкоза (Tcl1). Исследователи обнаружили, что главный партнёр Tcl1 в клетке — это РНК-связывающий белок митохондриальная полинуклеотидфосфорилаза (PnPase). PnPase — это бифункциональный фермент, обладающий как экзорибонуклеазной, так и олигонуклеотидполимеразной активностью. То есть он может разбирать цепи РНК, а также наращивать длинные гетерополимерные хвосты.

Помимо собственных РНК-продуктов, митохондрии известны как импортёры различных ядерно-кодируемых тРНК, а также важных аминоацил-тРНК-синтетаз. Считается, что митохондриальные РНК-связывающие белки, такие как PnPase, критически важны для импорта и процессинга РНК в митохондриях. Открытие авторов о том, что факторы яйцеклетки могут перепрограммировать метаболизм, подавляя митохондриальную PnPase, имеет гораздо более общие последствия для стволовых клеток.

Например, хотя соматические клетки полагаются на окислительное фосфорилирование, плюрипотентные клетки предпочитают использовать гликолиз в качестве источника энергии и обычно имеют незрелые митохондрии. Последние работы указывают, что главная роль переноса электронов в пролиферирующих клетках, как в развитии, так и в раке, может заключаться просто в синтезе аспартата. Новое понимание распределения митохондрий — снова в развитии яйцеклетки во время так называемого «бутылочного горлышка» зародышевой линии, позже в спецификации половых клеток и в раке — объединяет эти концепции.

Подавление биогенеза митохондрий через «переключатель» Tcl1-PnPase — лишь один из механизмов, изученных исследователями. Они также обнаружили, что близкородственный гомолог, Tcl1b1, может значительно усилить соматическое перепрограммирование фибробластов. Они отмечают, что PnPase критически важна, по крайней мере у мышей, не только для эмбриогенеза, но и для развития уха, мышц и мозга. Учёные даже предполагают, что PnPase может быть важным фактором в новых методах заместительной митохондриальной терапии.