Ученые выявили, чем индуцированные плюрипотентные стволовые клетки отличаются от эмбриональных
Исследование Университета Джонса Хопкинса и Гарварда показало, что гены, которые химически модифицируются при нормальной дифференцировке клеток, а также при превращении нормальных клеток в раковые, также изменяются в стволовых клетках, полученных из взрослых клеток.
Хотя индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPSCs) генетически идентичны зрелым клеткам организма, из которых они получены, они обладают уникальной способностью к самообновлению и дифференцировке. Ученые обнаружили тонкое, но значимое молекулярное различие между ними: у них разные эпигенетические сигнатуры. Это означает, что они различаются тем, что копируется при делении клетки, хотя эти различия не являются частью самой последовательности ДНК.
"На сегодняшний день основная масса знаний о стволовых клетках сосредоточена на том, как их создавать и выращивать, но не на их сущности и на том, что принципиально отличает эти клетки", — говорит профессор Эндрю Файнберг.
Чтобы сравнить зрелые клетки соединительной ткани (фибробласты) с плюрипотентными стволовыми клетками, в которые они были перепрограммированы, исследователи сосредоточились на химическом изменении, известном как метилирование. Этот эпигенетический процесс, связанный с "заглушением" генов, копируется при делении клетки. Ученые измерили дифференциально метилированные регионы (DMRs) генов, чья экспрессия изменилась в процессе перепрограммирования.
Опираясь на предыдущие исследования метилирования в раковых клетках и при дифференцировке нормальных тканей, команда обнаружила, что перепрограммирование клетки в стволовую затрагивает многие из тех же самых DMRs и генов.
"Сюрприз в том, что существует такая степень совпадения между дифференциально метилированными регионами и генами, которые участвуют в превращении фибробласта в стволовую клетку и нормальной клетки — в раковую", — отмечает Файнберг.
Исследование, опубликованное 1 ноября в Nature Genetics, показало, что определенные участки генома, по-видимому, в целом участвуют в различиях метилирования ДНК между разными типами клеток и раковыми заболеваниями, и эти же участки задействованы в перепрограммировании фибробластов обратно в стволовые клетки.
Ученые использовали метод CHARM для анализа того, где в геномах девяти линий человеческих iPSCs гены были "выключены", и сравнили эти сайты метилирования ДНК с сайтами в исходных фибробластах.
"Этот тип исследований затрагивает саму ткань фундаментальных различий между стволовыми клетками и их родительскими клетками", — говорит аспирант Акико Дои.
Понимание эпигенетики перепрограммированных клеток может открыть новые пути их создания и использования в терапии. Эпигенетическая информация может помочь охарактеризовать клетки, предсказать их стабильность и склонность к образованию опухолей.
"Наши данные также указывают на различия между iPSCs и эмбриональными стволовыми клетками (ES), которые все считали схожими, если не идентичными", — добавляет соавтор исследования Джордж Дейли.
Эти различия могут оказаться важными для поведения iPSCs в исследованиях по формированию тканей и осложнить терапию на их основе.
"Нам нужно разработать способы генерации iPSCs, которые были бы ближе к ES-клеткам по своим паттернам метилирования. Только тогда мы будем уверены, что iPSCs являются безопасной заменой ES-клеткам в исследованиях и терапии", — заключает Дейли.
Источник: Johns Hopkins Medical Institutions