Плюрипотентные и дифференцированные клетки человека находятся в кардинально разных эпигеномных ландшафтах

Человеческие эмбриональные стволовые клетки (hESCs) обладают замечательными свойствами самообновления и плюрипотентности — способности становиться практически любым типом клеток в организме. При этом они имеют тот же самый геном, что и клетки, коммитированные к определённой линии развития.

Учёные давно предполагали, что уникальные свойства разных клеток обусловлены их специфическими эпигеномами — совокупностью сопутствующих молекул, соединений и химических веществ, которые направляют и влияют на поведение и функции генов. Вопрос заключался в том, насколько сильно эпигеномы hESCs и коммитированных клеток различаются.

В статье, опубликованной 7 мая в журнале Cell Stem Cell, Бинг Рен и его коллеги сообщают, что эпигеномные ландшафты hESCs и коммитированных клеток действительно кардинально различны.

«Нейроны и клетки кожи имеют идентичный набор генетического материала — ДНК, — но их структура и функция очень разные. Это различие можно объяснить различиями в их эпигеноме. Это аналогично компьютерному "железу" и "софту". Вы можете загрузить один и тот же компьютер разными операционными системами, и он будет выполнять разные операции. Точно так же уникальный эпигеном в каждой клетке заставляет её по-разному интерпретировать свою генетическую информацию», — пояснил Бинг Рен.

Чтобы сравнить эти эпигеномные ландшафты, учёные изучили профили модификаций хроматина и метилломы ДНК в hESCs и первичных фибробластах (клетках соединительной ткани).

Ключевые результаты:

• Около одной трети генома различается по структуре хроматина.
• Большинство изменений возникает из-за драматического перераспределения репрессивных модификаций хроматина, связанных с добавлением метильных групп к определённым остаткам лизина в гистоновых белках.

«Мы обнаружили, что для клеток, коммитированных к линии развития, характерны значительно расширенные домены репрессивного хроматина, которые избирательно влияют на гены, связанные с плюрипотентностью и развитием. Эти эпигенетические механизмы играют критическую роль в определении судьбы и функции клетки, а также в её поддержании», — сказал соавтор исследования Дэвид Хокинс.

Эти выводы могут ускорить развитие эпигенетики — науки, изучающей процессы, влияющие на регуляцию генов и определяющие развитие человека и болезни.