Стволовые клетки хранят ключи к плану организма
Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв обнаружили в плюрипотентных стволовых клетках особые участки-ориентиры, которые направляют их развитие для выполнения различных функций в организме. Это открытие дает надежду, что в будущем ученые смогут управлять стволовыми клетками для предотвращения болезней или восстановления повреждений от травм и заболеваний. Исследование и его результаты опубликованы 5 июня в журнале Cell Stem Cell.
Плюрипотентные стволовые клетки получили свое название из-за способности превращаться в любой тип клеток организма. Их огромный потенциал привлек внимание двух ученых с взаимодополняющей экспертизой.
«У нас была уникальная возможность объединить две междисциплинарные группы», — сказал соавтор исследования Пол Тесар, PhD, доцент кафедры генетики и геномных наук в Медицинской школе CWRU.
«Мы использовали опыт лаборатории Тесара в биологии стволовых клеток и опыт моей лаборатории в геномике, чтобы обнаружить новый класс генетических переключателей, которые мы называем "зародышевыми" энхансерами», — сказал соавтор Питер Скакери, PhD, доцент кафедры генетики и геномных наук в Медицинской школе CWRU. — «"Зародышевые" энхансеры дают нам новые подсказки о том, как клетки превращаются из одного типа в другой в процессе развития».
Прорыв стал возможен благодаря изучению двух близкородственных типов стволовых клеток, представляющих самые ранние фазы развития — эмбриональных стволовых клеток и эпибластных стволовых клеток, впервые описанных в исследовании Тесара в 2007 году. «Эти два типа стволовых клеток дают нам беспрецедентный доступ к самым ранним стадиям развития млекопитающих», — сказал Дэниел Фактор, аспирант лаборатории Тесара и соавтор исследования.
Энхансеры — это участки ДНК, которые контролируют экспрессию близлежащих генов. Сравнивая два близкородственных типа плюрипотентных стволовых клеток, исследователи идентифицировали новый класс энхансеров — «зародышевые» энхансеры. В отличие от большинства энхансеров, активных только в определенное время или в определенных тканях, «зародышевые» энхансеры играют роль от периода до рождения и до взрослого возраста.
Они присутствуют, но неактивны, в ранней популяции эмбриональных стволовых клеток мыши. В более развитой популяции эпибластных стволовых клеток они становятся основными энхансерами своих ассоциированных генов. По мере созревания клеток во взрослые функциональные ткани «зародышевые» энхансеры превращаются в суперэнхансеры — крупные области, содержащие множество энхансеров и контролирующие наиболее важные гены в каждом типе клеток.
«Эти "зародышевые" энхансеры обладают широким потенциалом для влияния на понимание развития и болезней», — сказал Стэнтон Герсон, MD, директор Национального центра регенеративной медицины.
«Наш следующий шаг — понять, может ли нарушение регуляции этих "зародышевых" энхансеров играть роль в человеческих заболеваниях», — сказал Тесар. — «Гены, контролируемые "зародышевыми" энхансерами, очень мощные, и возможно, что их аномалии могут способствовать развитию таких заболеваний, как болезни сердца или нейродегенеративные расстройства».
Скакери добавил: «Также очевидно, что рак может быть вызван изменениями в энхансерах, и нас интересует роль "зародышевых" энхансеров в возникновении и прогрессировании рака».