Новый механизм распаковки генома в стволовых клетках

Учёные из Каролинского института и Института Гёрдона в Кембридже (Великобритания) обнаружили новый механизм, позволяющий плюрипотентным стволовым клеткам поддерживать свой геном в распакованном состоянии. Это обеспечивает их уникальную способность давать начало всем типам специализированных клеток организма. Результаты опубликованы в журнале Nature.

Эмбриональные стволовые клетки и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки могут превращаться во все типы клеток взрослого организма. Для поддержания этого незрелого состояния гены, активные в специализированных клетках, должны оставаться неактивными в плюрипотентных, но быть готовыми к быстрой активации при созревании в клетку кожи или печени. Геном в ядре упакован в структуру под названием хроматин. При плотной (конденсированной) упаковке активирующие молекулы не могут получить доступ к участкам генома, контролирующим включение генов. Следовательно, для активации гена структура хроматина должна быть распакована (деконденсирована).

Плюрипотентные стволовые клетки уникальны тем, что их геном частично распакован (хроматин деконденсирован) по сравнению со специализированными клетками. Это позволяет быстро активировать гены дифференцировки в ответ на стимул. В данном исследовании международная группа под руководством профессора Тони Кузаридеса из Института Гёрдона Кембриджского университета обнаружила специфическую ферментативную активность — цитруллинирование, — которая способствует деконденсированному состоянию хроматина в плюрипотентных клетках.

«Геном (ДНК) обладает сильным отрицательным зарядом и в структуре хроматина связан с белками-гистонами, которые имеют сильный положительный заряд. Мы обнаружили, что в плюрипотентных клетках цитруллинирование снижает заряд некоторых гистонов, ослабляя их связь с геномом и способствуя деконденсации», — говорит Гонсалу Каштелу-Бранку, главный исследователь из Каролинского института и соавтор исследования (совместно с Марией Христофору из Института Гёрдона).

Группа Гонсалу Каштелу-Бранку в Каролинском институте сейчас изучает роль цитруллинирования в других незрелых клетках, например, в клетках-предшественниках олигодендроцитов в мозге, которые участвуют в регенерации миелина при рассеянном склерозе.

Исследование финансировалось грантами Cancer Research UK, Шведского исследовательского совета, EMBO, программы Европейского союза 7-й рамочной программы (FP7) Marie Curie Actions и других организаций. Часть работы Гонсалу Каштелу-Бранку выполнил в Институте Гёрдона, где ранее работал, и в Каролинском институте. Среди авторов работы — профессор Джон Гёрдон, лауреат Нобелевской премии по физиологии или медицине 2012 года. В исследовании участвовали учёные из Швеции, Великобритании, Дании, Бразилии и США.