Секрет сохранения идентичности стволовых клеток с течением времени

Небольшой пул гемопоэтических стволовых/прогениторных клеток (HSPCs) в течение всей жизни обеспечивает стабильное производство широкого спектра клеток крови и иммунной системы. Исследователи RIKEN обнаружили, как эти клетки сохраняют способность развиваться в разные типы клеток — даже после многих лет и бесчисленных циклов деления. Их исследование опубликовано в Nature Communications.

Экспрессия генов частично контролируется изменениями в организации хроматина — плотно упакованного комплекса ДНК и белка. Например, хроматин может взаимодействовать с мультибелковым комплексом, известным как Polycomb Repressive Complex 1 (PRC1). Он "заглушает" близлежащие гены, химически модифицируя гистоны — основные единицы упаковки ДНК.

Данные о том, что PRC1 помогает устанавливать и сохранять идентичность HSPCs (не давая им начать развиваться в более специализированные клетки), заинтересовали Томокацу Икаву из Центра интегративных медицинских наук RIKEN (IMS) и Токийского университета науки.

Однако, как отмечает Икава, PRC1 образует как минимум шесть комплексов, и различия в партнерских белках могут кардинально менять его влияние на экспрессию генов.

В новом исследовании команда под руководством Икавы и Харухико Косэки (IMS и Университет Тиба) в ходе тщательного анализа HSPCs мыши показала важность комплекса, образованного PRC1 с белком PCGF1.

Примечательно, что этот комплекс PRC1–PCGF1 также обеспечивает невероятную гибкость развития эмбриональных стволовых клеток, которые могут превращаться в любой другой тип клеток организма.

Исследователи также выяснили, как комплекс помогает сохранять идентичность HSPCs во время деления клетки. В этом процессе каждая хромосома реплицируется, чтобы произвести достаточно ДНК для двух новых "дочерних" клеток. Однако вновь синтезированная ДНК лишена организации хроматина и модификаций, присутствующих в родительской ДНК.

Здесь вступает в действие PRC1–PCGF1. Он взаимодействует с активно реплицирующимися хромосомами и координирует формирование паттернов хроматина, которые гарантируют, что дочерние клетки унаследуют те же паттерны экспрессии генов, что и родительская клетка.

Соответственно, потеря PCGF1 в этих клетках заставляет их дифференцироваться в различные подтипы иммунных клеток. "PCGF1 необходим для того, чтобы после репликации ДНК наследовалась правильная конформация хроматина", — говорит Икава.

Хотя эти результаты — важный шаг к пониманию молекулярных путей, управляющих развитием клеток крови, они лишь поверхностно затрагивают лежащую в основе сложность. Икава и коллеги теперь изучают, как PRC1 действует с другими белками семейства PCGF1 в контексте HSPCs.

"Например, PCGF4 важен для поддержания идентичности HSPCs, в то время как другие PCGFs, по-видимому, критичны для дифференцировки HSPCs", — отмечает Икава.