Трехмерная упаковка ДНК регулирует идентичность клеток
Добавить в закладки
Статьи

Трехмерная упаковка ДНК регулирует идентичность клеток

Фундаментальные механизмы, определяющие, как клетки формируют идентичность, например превращаются в мышечную или нервную клетку, до конца не изучены. Множественные заболевания, включая рак, были связаны с тем, что клетки во время созревания идут по неправильному пути развития. Новое исследование, проведенное Медицинской школой Перельмана при Пенсильванском университете, предполагает, что способность стволовых клеток дифференцироваться в сердечную мышцу (и, следовательно, в другие типы клеток) зависит от того, какие части генома доступны для активации, что контролируется по расположению ДНК в ядре клетки.
«В основе этого исследования лежит понимание способности клетки реагировать на молекулярные сигналы, чтобы правильно стать тем или иным типом клеток», — сказал старший автор Раджан Джайн, доктор медицины , доцент кафедры сердечно-сосудистой медицины. «Мы хотели узнать, как это достигается, шаг за шагом, потому что стволовые клетки, способные стать клетками любого типа в организме, дают начало клеткам сердечной мышцы». Джейн и соавтор Джонатан А. Эпштейн, доктор медицинских наук , исполнительный заместитель декана и главный научный сотрудник Penn Medicine, опубликовали свои выводы на этой неделе в Cell . Исследование также предполагает, что знание того, как контролировать скорость дифференциации клетки по мере ее созревания, имеет важное значение для регенеративной медицины.

Некоторые участки генома недоступны для экспрессии, потому что они плотно прилегают к внутренней мембране ядра клетки (пластинке). Эти изолированные и заглушенные области ДНК называются ламинно-ассоциированными доменами или LAD. Исследование Cell предполагает, что определенные области заглушенной ДНК на периферии помогают определить идентичность клетки. Например, если гены нервных клеток замалчиваются как LAD, они не могут быть экспрессированы, поэтому клетка не становится нейроном. Однако, если гены сердечных клеток высвобождаются и доступны для экспрессии, как это происходит во время развития сердца, эти клетки становятся сердечными мышцами.

Клеточные биологи уже много лет знают, что некоторая часть ДНК находится рядом с внутренней ядерной мембраной, но функция этой локализации остается неясной. «Наша работа предполагает, что клетка определяет свою идентичность, храня в недоступном шкафу критические гены и программы, необходимые для того, чтобы она превратилась в другой тип клеток», — сказал Джайн. «Другими словами, ячейка — это« кто », потому что она заставила замолчать,« кем »она не является».

Команда Пенна обнаружила, что эпигенетический фермент под названием гистондеацетилаза (Hdac3) связывает ДНК с периферией ядра. «Мы спросили: способствует ли такой хореографический контроль доступности ДНК превращению клетки в определенный тип?» — сказал Джайн. Когда они удаляли Hdac3 из стволовых клеток во время дифференцировки сердечных клеток, они отвязывали участки ДНК, содержащие специфические для сердца гены, позволяя этим генам активироваться, что приводило к преждевременной и слишком быстрой дифференцировке.

«Это исследование имеет далеко идущие последствия», — сказал Эпштейн. «Возможность контролировать, насколько быстро клетка дифференцируется, чтобы образовать сердечную ткань или другие типы клеток, имеет важное значение для регенеративной медицины». Кроме того, при многих заболеваниях, включая рак, клетки экспрессируют гены, которые в норме не экспрессируются, что меняет их идентичность.

В исследовании также рассматривается классическая концепция стволовых клеток и биологии развития, называемая «компетенцией» — способность клетки определенным образом реагировать на окружающую среду. Например, некоторые клетки легких реагируют на сигаретный дым, становясь злокачественными, а другие — нет. Исследователи предполагают, что это различие может быть связано с доступностью областей генома для ответа на химические вещества, связанные с сигаретным дымом, или с недоступностью тех же генов в не отвечающих клетках, запертыми в замкнутых доменах на ядерной периферии.




Добавить в избранное Версия для печати
Поделитесь:
Автор: admin
Опубликовано: 26.01.2021

Adblock
detector
  X