(Вновь) обретая способность стать всем

Новое исследование в Nature Genetics идентифицирует специфическую популяцию плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток, способных перепрограммироваться в тотипотентоподобные клетки в культуре. Учёные из Helmholtz Zentrum München и Университета Людвига-Максимилиана в Мюнхене (LMU) также определили "узкие места" и драйверы этого перепрограммирования.

Клеточная пластичность — это способность клетки давать начало разным типам клеток. На ранних стадиях жизни оплодотворённая одноклеточная зигота обладает высокой пластичностью и даст начало всем клеткам организма.

Зигота сначала делится на две клетки (стадия 2-клеточного эмбриона). Эти клетки обладают наивысшим уровнем пластичности: они тотипотентны, то есть могут сформировать целый организм, включая внеэмбриональные ткани плаценты. В отличие от них, эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) плюрипотентны — они могут дать все клетки организма, но обычно не внеэмбриональные ткани.

В культуре ЭСК небольшая популяция (~1%) спонтанно превращается в клетки, похожие на тотипотентные клетки 2-клеточного эмбриона. Их называют 2-клеточноподобными клетками (2CLC). Команда профессора Марии Элены Торрес-Падильи из Института эпигенетики и стволовых клеток (IES) исследовала молекулярную природу этих клеток и механизм их возникновения.

Методология и ключевые открытия

• Учёные использовали ЭСК, экспрессирующие зелёный флуоресцентный белок при активации ретротранспозона MERVL, который экспрессируется в 2CLC. Это позволило отделить 2CLC от ЭСК в культуре.
• Анализ транскриптома единичных клеток показал, что в процессе перехода клетки экспрессируют всё больше гена, кодирующего транскрипционный фактор Zscan4.
• С помощью визуализации живых клеток подтвердили, что большинство клеток сначала становятся Zscan4-позитивными, а затем MERVL-позитивными (2CLC). Это указывает на прохождение промежуточного состояния.
• Для поиска регуляторов этого перехода провели siRNA-скрининг, подавив экспрессию более 1000 генов. Обнаружено множество новых белков, регулирующих появление 2CLC.
• Особый интерес вызвало наблюдение, что снижение уровня хроматинового фактора Ep400/Tip60 (участвующего в компактизации хроматина) приводит к увеличению числа 2CLC. Это указывает на связь между "открытостью" хроматина и увеличением потенциала (потентности).

Значение

Исследование углубляет понимание молекулярных основ тотипотентности и ключевых регуляторов клеточной пластичности, что важно для фундаментальной биологии развития и регенеративной медицины.