В чём причина «всемогущества» эмбриональной стволовой клетки?

26-09-2012

В чём причина «всемогущества» эмбриональной стволовой клетки?
Стволовая клеточка может перевоплотиться во огромное количество других типов клеток благодаря эпигенетическому контролю над хроматином: поначалу клеточке доступны полностью все её гены, но по мере развития всё больше ДНК архивируется гистонами и ядерными белками — и информация на ней становится закрытой.

Вобщем, исследователям из Еврейского института в Иерусалиме (Израиль) будто бы удалось эту загадку решить, по очень мере частично. Можно было бы представить, что переключение меж программками развития получается благодаря работе неких верховных генов: эти гены могли кодировать белки, включающие или выключающие синтез РНК, соответствующих тем или иным программам.

Но, как показали эксперименты, управление происходит не на генетическом, а на эпигенетическом уровне.Эмбриональные стволовые клеточки могут перевоплотиться в хоть какой другой тип клеток, которых в организме человека более двухсотен. Конкретно этим эмбриональные стволовые клеточки и занимаются: безустанно преобразуются в различные типы дифференцированных клеток, формируя ткани и органы развивающегося организма.

Разумеется, у таких стволовых клеток должен быть большой набор молекулярно-генетических программ, которые определяют их развитие в том либо ином направлении. И до сего времени непонятно, как происходит переключение меж этими программками.

Эпигенетический контроль активности генов осуществляется через модификации ДНК, модификации гистонов, работу микрорегуляторных РНК и некоторые другие механизмы. В случае эмбриональных стволовых клеток ведущая роль принадлежит даже не метилированию ДНК, а модификации гистонов, которая ведёт к переупаковке хроматина.

Хроматин — это форма существования ДНК в клетке, способ её упаковки. Если ДНК с гистонами упакована плотно, то это называется гетерохроматином, и никакая РНК тут синтезироваться не может: у аппарата транскрипции просто нет доступа к ДНК.

Если ДНК активна (с неё считывается информация), то такое состояние называют эухроматином. Гистоны, упаковывающие ДНК в хроматин, могут подвергаться модификациям, и зависимо от модификаций они могут ослаблять или усиливать упакованность, «заархивированность» ДНК.

Регуляторный потенциал этого процесса очевиден.То, насколько пластичной будет эмбриональная клетка, находится в зависимости от динамики хроматина. При всем этом метилирование ДНК, которое тоже служит одним из мощных эпигенетических механизмов регуляции активности генов, здесь, по словам учёных, особой роли не играет.

Естественно, это лишь предварительная работа: предстоит ещё выяснить, например, от чего зависит активность ферментов, которые занимаются модификациями гистонов, как им удаётся понять, когда и в каком месте гистоны нужно промодифицировать для уплотнения, а в каком — оставить нетронутыми.
Но, так или иначе, учёные получили общее представление о том, на каком уровне решается судьба эмбриональной стволовой клетки.

Эту работу выполняет белок ламин А. В дифференцированных клетках он крепит плотноупакованные блоки ДНК к ядерной мембране. Он дополнительно запирает ДНК, вроде бы заякоривая ненужные гены в ядерном доке.

В журнале Nature Communications исследователи пишут, что первоначально у эмбриональных стволовых клеток ламина нет вообще. Другими словами сначала клетке доступны все гены — вот поэтому она может превратиться в любой тип.

Но потом, по мере дифференцировки, появляется ламин, который помогает запереть лишние гены, чтобы они не мешали программе. Одновременно «расплетающие» модификации на гистонах сменяются «запаковывающими».

В стволовых эмбриональных клетках гистоны модифицированы так, чтобы поддерживать хроматин в расслабленном состоянии. Доступность ДНК даёт возможность клетке выбирать программу для развития.

Но есть и противоположный процесс, который уплотняет хроматин и запрещает его использование. Ну и, разумеется, в перспективе это означает очередную революцию в медицине, когда можно будет при помощи гистонов по желанию менять у стволовых клеток программы развития и даже обращать их вспять.
Медицина 2.0 (www.med2.ru)

Читайте также: