Для дифференциации стволовых клеток необходимо метилирование мРНК

Многие стволовые клетки живут монотонной жизнью, дожидаясь того часа, когда они понадобятся для восстановления поврежденной ткани или стимуляции развития эмбриона. Но когда такое время настало, они должны приступить к действиям безотлагательно, отбросив свою прежнюю идентичность, чтобы стать клеткой кожи, мышцы, кости или клеткой какого-либо другого типа.

1_445.jpg Говард Чан (Howard Chang) и его коллеги
установили, что мышиные и человеческие эмбриональные
стволовые клетки химически помечают матричные
РНК ключевых генов плюрипотентности.
(Фото: Norbert von der Gröben)

Ученые Стэнфордского, Гарвардского и Калифорнийского университетов установили, что мышиные и человеческие эмбриональные стволовые клетки химически помечают матричные РНК ключевых генов, определяющих их идентичность как стволовых. Такие теги сообщают клетке о том, что она не должна позволять этим матрицам существовать длительное время и что их нужно быстро уничтожить. Удаление этих генетических кодов позволяет клеткам быстрее реагировать на получаемые ими новые приказы.

«До сих пор мы до конца не понимали, как в клетке происходит разрушение матричных РНК», – говорит соруководитель исследования Говард Чан (Howard Chang), MD, PhD, профессор дерматологии Школы медицины Стэнфордского университета (Stanford School of Medicine). «Считалось, что во многих случаях это до некоторой степени случайный процесс. Наше исследование показывает, что эмбриональные стволовые клетки активно помечают матричные РНК, которые позднее им нужно забыть. Не имея этого механизма, стволовые клетки никогда не смогут забыть, что они стволовые. Они останутся в этом состоянии и не смогут стать, например, головным мозгом, сердцем или кишечником».

Матричные РНК используются для передачи информации, закодированной в генах в ядре клетки, к механизмам синтеза белка в цитоплазме. Они несут инструкции, необходимые для сборки сотен тысяч отдельных белков, выполняющих все клеточные функции. Когда, где и как долго синтезируется каждый белок – тщательно организованный процесс, контролирующий судьбу клетки. Например, эмбриональные стволовые клетки сохраняют свою «стволовость» с помощью продолжающегося синтеза белков, известных как наделяющие клетку свойством плюрипотентности (термин, означающий наличие у клетки способности стать любой клеткой организма).

Исследователи, уже знавшие, что клетки иногда помечают свои матричные РНК химическими тегами, называемыми метильными группами, особенно заинтересовались одним типом таких тегов – m6A. Хотя процесс мечения РНК несколько похож на то, как происходит модификация ДНК, контролирующая экспрессию генов, было не совсем ясно, какую роль эти РНК-теги играют в развитии.

Химические метки на ДНК помогают клеткам помнить, какие гены экспрессировать в определенное время, сигнализируя, например, клетке кожи о необходимости вырабатывать коллаген и кератин, а не пищеварительные ферменты или гормоны. Наука, изучающая такие теги на ДНК, называется эпигенетикой.

Сравнение паттернов m6A на тысячах молекул мРНК мышиных и человеческих эмбриональных стволовых клеток показало поразительное сходство между этими организмами. Часто ключевые гены плюрипотентности были метилированы в определенных точках; эти матрицы разрушались быстрее, чем неметилированные молекулы РНК. Блокирование механизма метилирования в эмбриональных стволовых клетках не только защищало мРНК плюрипотентности от деградации, но и затрудняло адекватную реакцию клеток на внешние сигналы и существенно замедляло их дифференциацию в клетки других типов.

Исследователи пришли к выводу, что стволовым клеткам необходимо иметь возможность быстро разрушать мРНК ключевых генов плюрипотентности. Если нет никакой необходимости в дифференциации, клетки просто восполняют эти матрицы, неоднократно копируя их с ДНК. Однако, если требуется изменение в судьбе, клетка может быстро подавить синтез РНК, а все оставшиеся матрицы будут быстро разрушены.

«Концептуально это прорывное исследование, поскольку оно раскрывает «анти-эпигенетический» механизм, поддерживающий генетические матрицы в переходном состоянии», – говорит доктор Чан. «В отличие от эпигенетических механизмов, обеспечивающих клеточную память о состоянии экспрессии генов, m6A помогает клеткам забыть прошлое и принять будущее».

Оригинальная статья:

m6A RNA modification controls cell fate transition in mammalian embryonic stem cells

Пожалуйста, оцените статью:
Ваша оценка: None Средняя: 5 (4 votes)
Источник(и):

Stanford University School of Medicine