Синтетическая биология раскрывает механизм перепрограммирования клеток с помощью сверхэкспрессии генов

В технологии iPS (индуцированных плюрипотентных стволовых клеток) сверхэкспрессия четырёх генов может индуцировать перепрограммирование клетки из дифференцированного состояния в состояние стволовой клетки.

Однако механизм такого перепрограммирования оставался неясным, несмотря на воспроизводимость технологии iPS.

Группа исследователей под руководством Дайсуке Кига и Каны Ишимацу из Токийского технологического института и RIKEN разработала теоретическое описание перепрограммирования клеток и подтвердила идею с помощью экспериментов в области синтетической биологии, где в живых клетках были сконструированы упрощённые генетические цепи.

Искусственная генетическая цепь состоит из бистабильного базового переключателя и регулируемой системы сверхпродукции. Модулированная индукция сверхэкспрессии временно создаёт моностабильную систему, что позволяет легко контролировать внутреннее состояние клеток с такой цепью. Когда состояние клеток, находящихся в одном из двух базовых устойчивых состояний, модулируется, их внутренние состояния вблизи "водораздела" базовой бистабильной системы изменяются под влиянием потенциального ландшафта генетической цепи. В дополнение к этому эффекту, флуктуации биохимических реакций разделяют популяцию клеток на две.

Этот эксперимент на культуре клеток демонстрирует, что точное и тонкое управление начальными состояниями клеток через регуляцию уровней сверхэкспрессии генов приводит к формированию программируемого бимодального распределения из одномодального.

Математический анализ команды также предполагает, что данная стратегия перепрограммирования может быть применена к различным типам естественных генетических сетей.