Учёные обнаружили молекулярную сеть коммуникации в человеческих стволовых клетках

Учёные из Института генома Сингапура (GIS) A*STAR и Института молекулярной генетики Макса Планка (MPIMG) в Берлине обнаружили молекулярную сеть в человеческих эмбриональных стволовых клетках (hESCs), которая интегрирует сигналы клеточной коммуникации для поддержания клетки в стволовом состоянии. Результаты опубликованы в июньском выпуске журнала Molecular Cell за 2013 год.

Человеческие эмбриональные стволовые клетки обладают уникальной способностью формировать все типы клеток организма. Для поддержания этого особого состояния требуется множество факторов, включая использование путей клеточной коммуникации.

Сигналы коммуникации, используемые в hESCs, активируют цепь реакций (путь внеклеточной регулируемой киназы, ERK-путь) внутри каждой клетки, что приводит к активации генетической информации.

Учёные из GIS и MPIMG изучили, какая генетическая информация активируется в клетке, и обнаружили сеть молекулярной коммуникации в hESCs. Они картировали взаимодействия киназ по всему геному и выяснили, что белок ERK2, относящийся к семейству ERK-сигналинга, нацелен на важные участки, такие как некодирующие гены и гистоны, гены клеточного цикла, метаболизма, а также специфичные для стволовых клеток гены.

В ERK-сигнальный путь вовлечён дополнительный белок ELK1, который взаимодействует с ERK2 для активации генетической информации. Интересно, что команда также обнаружила, что ELK1 обладает второй, полностью противоположной функцией. На участках генома, не являющихся мишенями ERK-сигналинга, ELK1 подавляет генетическую информацию, тем самым поддерживая клетку в недифференцированном состоянии. Авторы предлагают модель, которая интегрирует этот двунаправленный контроль для сохранения клетки в состоянии стволовой.

Ведущий автор работы доктор Джонатан Гёке отметил: «ERK-сигнальный путь известен много лет, но впервые мы смогли увидеть полный спектр его ответа в геноме стволовых клеток. Мы обнаружили множество биологических процессов, связанных с этим путём, но также нашли новые и неожиданные закономерности, такие как этот двойной режим работы ELK1».

Профессор Мартин Вингрон из MPIMG добавил: «Замечательная особенность этого исследования — в том, как информация была извлечена вычислительными методами из экспериментальных данных».

Профессор Нг Хак Хуэй подчеркнул: «Это важное исследование, поскольку оно описывает сигнальные сети клетки и их интеграцию в общую регуляторную сеть. Понимание биологии эмбриональных стволовых клеток — это первый шаг к пониманию возможностей и ограничений стволовых клеток в будущих медицинских применениях».