Новое исследование раскрывает ключевой механизм формирования стволовых клеток

Исследование Университета Эмори предоставляет одни из первых прямых доказательств процесса, необходимого для эпигенетического репрограммирования между поколениями. Это открытие может пролить свет на механизмы оплодотворения, формирования стволовых клеток и клонирования. Результаты исследования на нематоде C. elegans опубликованы в журнале Cell от 17 апреля.

«Мы считаем, что продемонстрировали один из процессов, который стирает информацию в оплодотворенной яйцеклетке, чтобы потомство могло начать жизнь с чистого листа», — говорит ведущий автор исследования Дэвид Кац, постдокторант в лаборатории Уильяма Келли, доцента биологии в Эмори и соавтора работы.

Удивительный фенотип

Исследователи хотели проверить гипотезу, что удаление специфической модификации гистонового белка, участвующего в упаковке ДНК — диметилирования гистона H3 по лизину 4 — вовлечено в репрограммирование зародышевой линии.

Они сравнили последовательные поколения нормального штамма C. elegans с мутантным штаммом. У мутантов отсутствовал фермент, который, как показали предыдущие эксперименты in vitro, играет «стирающую» роль — деметилирует гистоны, удаляя информацию из упаковки ДНК.

У нормального штамма целевая гистоновая модификация не передавалась следующему поколению. У мутантного штамма модификация сохранялась на протяжении 30 поколений, и с каждым поколением плодовитость червей прогрессивно снижалась.

«Это удивительный фенотип, — говорит Кац. — Когда этот фермент отсутствует, черви могут наследовать гистоновую модификацию — не только от клетки к клетке, но и от поколения к поколению».

Когда исследователи снова вставили отсутствующий фермент в стерильные поколения мутантных червей, они смогли обратить процесс вспять: черви больше не наследовали гистоновую модификацию и восстановили плодовитость.

Доказательство наследования эпигенетического события

Исследование является одной из первых демонстраций в живом организме того, что химическое изменение в гистоновой упаковке ДНК (эпигенетическое событие) может передаваться по наследству.

«Наша работа предоставляет одни из лучших прямых доказательств того, что химические модификации в упаковке ДНК могут наследоваться от клетки к клетке. Это указывает, что эти модификации не просто участвуют в упаковке — они несут информацию», — добавил Кац.

Фундамент для клеточной терапии

Лучшее понимание роли гистонов и ферментов, участвующих в их модификации, может привести к разработке терапий для лечения многих состояний — от рака до бесплодия. «Мы надеемся, что наша работа поможет в развитии технологий терапии стволовыми клетками», — говорит Кац.

Сейчас Кац и его коллеги продолжают исследования, чтобы проверить, проявляется ли аналогичный эффект отсутствия «стирающего» фермента у мышей.