Что определяет судьбу стволовых клеток?

Исследователи из Института медицинских исследований Бернхема (Burnham) и Исследовательского института Скриппса (TSRI) провели первый сравнительный крупномасштабный фосфопротеомный анализ человеческих эмбриональных стволовых клеток (hESCs) и их дифференцированных производных. Данные могут помочь понять механизмы, определяющие, будут ли стволовые клетки делиться или дифференцироваться, в какие типы клеток они превратятся и как контролировать эти сложные механизмы для разработки новых методов терапии. Исследование опубликовано в выпуске журнала Cell Stem Cell от 6 августа.

Фосфорилирование белков — биохимический процесс, изменяющий активность белков путём добавления молекулы фосфата, — играет центральную роль в передаче сигналов в клетке. Используя сложный фосфопротеомный анализ, команда под руководством Шэн Дина (TSRI), Эвана И. Снайдера (Burnham) и Лоуренса М. Брилла (Burnham) каталогизировала 2546 сайтов фосфорилирования на 1602 фосфопротеинах. До этого исследования фосфорилирование белков в hESCs было плохо изучено. Идентификация этих сайтов даёт представление об известных и новых сигнальных путях hESCs и подчёркивает механизмы, влияющие на самообновление и дифференцировку.

Команда провела крупномасштабный фосфопротеомный анализ hESCs и их дифференцированных производных с использованием многомерной жидкостной хроматографии и тандемной масс-спектрометрии. Затем эти данные использовали как прогностический инструмент для изучения части сигнальных путей, выявленных через фосфорилированные белки в hESCs, с последующими экспериментами для подтверждения их значимости.

Исследование показало, что в hESCs фосфорилированы многие регуляторы транскрипции (эпигенетические и транскрипционные факторы), а также большое количество киназ, что указывает на их ключевую роль в определении судьбы стволовых клеток. Также было обнаружено фосфорилирование белков в сигнальном пути JNK в недифференцированных hESCs, что позволило предположить, что ингибирование этого пути может привести к дифференцировке — результат, подтверждённый в культурах hESCs.

Методы оказались крайне полезны для обнаружения новых белков, важных для hESCs. Например, команда обнаружила, что фосфопротеины в сигнальных путях рецепторных тирозинкиназ (RTK) многочисленны в недифференцированных hESCs. Последующие исследования на основе этого неожиданного открытия показали, что множественные RTK могут поддерживать hESCs в недифференцированном состоянии.

Это исследование демонстрирует, что фосфопротеомные данные могут быть мощным инструментом для расширения понимания hESCs и механизмов определения их конечной судьбы.