РНК — ключевой регулятор в дифференцировке стволовых клеток

Каждая клетка организма содержит идентичный геном — полный набор генов, определяющих её строение и функции. Однако если «чертеж» одинаков, почему клетки глаза, кожи или мозга так различаются? Как стволовая клетка — исходный материал для создания тканей — «понимает», во что ей превращаться?

Исследователи из Университета Колорадо в Боулдере приблизились к ответу. Их работа, опубликованная 8 июля в журнале Nature Genetics, показывает, что молекула РНК (рибонуклеиновая кислота) играет незаменимую роль в дифференцировке клеток. Она служит мостом между генами и эпигенетической системой, которая включает и выключает их.

Без этого моста стволовая клетка, которая должна стать клеткой сердца, так и не научится биться.

РНК как «диспетчер» эпигенетики

Ученые давно знают, что эпигенетические механизмы позволяют разным типам клеток экспрессировать разные гены из одного и того же набора. Но как именно работает эта система, оставалось загадкой.

Ещё в 2006 году Джон Ринн (ныне профессор биохимии и соавтор новой работы) впервые предположил, что ключевую роль может играть РНК. Он показал, что в ядре клетки РНК связывается с белковым комплексом PRC2 (polycomb repressive complex 2), который регулирует экспрессию генов. С тех пор было опубликовано более 500 работ, но мнения о важности РНК в этом процессе разделились.

Экспериментальное подтверждение

Чтобы дать окончательный ответ, команда объединила биохимические и вычислительные методы. Сначала с помощью фермента они удалили всю РНК из клеток и обнаружили, что без неё эпигенетическая машинерия не может найти правильное место на ДНК, чтобы «заглушить» гены.

«РНК действовала как диспетчер, направляющий «самолет» — белковый комплекс — к нужной точке посадки на ДНК», — объясняет Иченг Лонг, биохимик и соавтор исследования.

Затем, используя технологию редактирования генов CRISPR, ученые создали линию стволовых клеток, предназначенных для превращения в клетки сердечной мышцы, но с мутантным комплексом PRC2, неспособным связываться с РНК. К седьмому дню нормальные клетки начали выглядеть и вести себя как сердечные. Мутантные же клетки не бились. Примечательно, что когда нормальный PRC2 был восстановлен, их развитие частично нормализовалось.

«Теперь мы можем однозначно утверждать, что РНК критически важна для процесса клеточной дифференцировки», — заявил Лонг.

Перспективы для медицины

Известно, что генетические мутации, нарушающие способность РНК связываться с белками, повышают риск некоторых видов рака и аномалий развития сердца у плода. Новое понимание роли РНК может в будущем лечь в основу РНК-таргетных терапий для лечения таких заболеваний.

«Эти результаты устанавливают новую научную парадигму, показывая неразрывную связь между эпигенетикой и биологией РНК, — сказал Джон Ринн. — Они могут иметь широкие последствия для понимания и лечения болезней человека».