Новое понимание стволовых клеток червей может привести к терапии для человека

Исследование Оксфордского университета, опубликованное в журнале Genome Research, показало, что особая комбинация эпигенетических модификаций, критически важных для роста стволовых клеток, эволюционировала у животных гораздо раньше, чем считалось. Это означает, что человеческие стволовые клетки и клетки простых животных, таких как планарии, имеют гораздо больше общего на эпигенетическом уровне. Эти открытия могут улучшить использование стволовых клеток в регенеративной медицине для лечения тканей и органов, поврежденных болезнью или возрастом.

Используя высокорегенеративного плоского червя планарию в качестве модельного организма, команда изучила эпигенетические механизмы в его стволовых клетках.

Ведущий автор исследования, профессор Азиз Абубакер из Департамента зоологии Оксфордского университета, отметил: «Эти черви заставляют многих вспомнить детство, думая о суперспособностях. Они восстанавливаются почти после любого повреждения, регенерируя всё тело из небольшого фрагмента примерно за семь дней. Они могут это делать, потому что полны особых взрослых стволовых клеток, которые не только способны генерировать любой другой тип клеток тела, но и делают это контролируемо и организованно. Понимание этого механизма — ключ к тому, чтобы научиться лучше использовать наши собственные стволовые клетки».

Хотя ДНК предоставляет инструкцию для жизни, то, как эти инструкции интерпретируются, крайне важно. Этот процесс, известный как эпигенетическая модификация — химические изменения, которые «украшают» ДНК и гистоновые белки, вокруг которых она обёрнута, — централен для понимания и выполнения инструкций. Кодирование эпигенетических модификаций в стартовых блоках генов необходимо для их правильной работы. Комбинация этих модификаций маркирует гены как активные или «молчащие», обеспечивая выполнение правильных процессов в нужных клетках тела. Однако когда эти механизмы дают сбой, гены могут стать активными или «молчащими» не в то время. Считается, что эти ошибки лежат в основе многих заболеваний, включая рак, и процесса естественного старения.

В стволовых клетках существует подмножество генов с особым «сидящим на заборе» расположением, означающим, что активные и «молчащие» маркеры присутствуют одновременно. Считается, что это расположение лежит в основе особого свойства стволовых клеток — плюрипотентности (способности становиться любым другим типом клеток тела). Эти гены остаются неактивными в стволовых клетках, но готовы включиться при необходимости — состояние, известное как бивалентность.

Бивалентность широко считалась специфичной для сложных животных, таких как люди и другие позвоночные. Однако новое исследование показало, что этот процесс, вероятно, эволюционировал гораздо раньше.

Профессор Абубакер сказал: «Многие группы по всему миру теперь используют планарий как модельную систему для изучения стволовых клеток и регенерации. Наши недавние открытия предполагают, что они очень похожи».

Чтобы проверить, существует ли бивалентность в стволовых клетках планарий, команда отсортировала стволовые клетки из целых червей и выделила упакованную ДНК с неповреждёнными эпигенетическими модификациями. Используя этот материал, они применили антитела, распознающие как активирующие, так и «молчащие» маркеры, и секвенировали связанную с ними ДНК по всему геному.

Аниш Даттани, аспирант лаборатории Абубакера, сообщил: «Наши данные ясно показывают, что активные маркеры связаны с генами, которые, как известно, включены в стволовых клетках планарий, а «молчащие» маркеры расположены у выключенных генов. Но вопрос был в том, есть ли у планарий бивалентность. Предыдущие данные предполагали, что она присутствует только у млекопитающих и рыб. Мы искали гены, одновременно отмеченные и активными, и «молчащими» маркерами. Мы не только нашли такие гены, но и заметили, что многие из них включаются как раз тогда, когда стволовые клетки принимают решение дифференцироваться и стать другим типом клеток. Это было действительно убедительным доказательством того, что бивалентность присутствует и выполняет ту же функцию, что и в наших стволовых клетках».

Профессор Абубакер заключил: «Результаты этого подхода подтвердили выводы команды о том, что бивалентность, вероятно, эволюционировала раньше в эволюции многоклеточных животных, чем мы думали. Это добавляет всё больше свидетельств тому, что стволовые клетки простых червей и наши стволовые клетки имеют гораздо больше общего, чем мы предполагали, когда начинали эту работу».