Идентичные близнецы; не очень идентичные стволовые клетки

Идентичные близнецы; не очень идентичные стволовые клетки

Новое исследование близнецов проливает свет на то, что заставляет перепрограммированные стволовые клетки иметь разные эпигенетические паттерны.

ЛА ХОЛЛА. Ученые из Солка и их сотрудники пролили свет на давний вопрос о том, что приводит к изменчивости стволовых клеток, сравнив индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные от однояйцевых близнецов. Они обнаружили, что даже ИПСК, сделанные из клеток близнецов, имеют важные различия, предполагая, что не все различия между линиями ИПСК коренятся в генетике, поскольку близнецы имеют идентичные гены.

Поскольку они могут дифференцироваться практически в любой тип клеток в организме, стволовые клетки могут быть использованы для создания здоровых клеток для лечения ряда заболеваний. Но стволовые клетки бывают двух видов: эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), которые выделяют из эмбрионов, и иПСК, которые создаются в лаборатории из взрослых клеток, которые репрограммируются с использованием смесей сигнальных молекул и являются многообещающим инструментом для понимания болезней и разработка новых методов лечения.

Хотя иПСК во многом напоминают ЭСК, ученые обнаружили, что иПСК часто имеют вариации в своей эпигенетике — метильные метки на ДНК, которые определяют, когда экспрессируются гены. Эти эпигенетические маркеры не одинаковы между иПСК и ЭСК или даже между разными линиями иПСК. В прошлом было трудно определить, что движет этими различиями.

«Когда мы перепрограммируем клетки, мы видим небольшие различия, если сравнивать их со стволовыми клетками эмбриона. Мы хотели понять, какие типы различий всегда существуют, что их вызывает и что они означают», — говорит Хуан Карлос Исписуа Бельмонте, профессор Лаборатории экспрессии генов Солка и со-старший автор вместе с Келли Фрейзер из Калифорнийского университета в Сан-Диего над новой статьей, которая была опубликована в Сотовые стволовых клеток в апреле 2017 года. Лучшее понимание этих различий поможет исследователям усовершенствовать методы лечения заболеваний на основе стволовых клеток.

Изписуа Бельмонте и Фрейзер вместе с соавторами статьи Афанасией Панопулос, бывшей научным сотрудником Солка, а теперь работающей в Университете Нотр-Дам, и Эрин Смит из Калифорнийского университета в Сан-Диего обратились к близнецам, чтобы помочь разобраться.

Хотя однояйцевые близнецы имеют одинаковые гены, их эпигеномы — совокупность метильных меток, пронизывающих их ДНК, — различаются к тому времени, когда они достигают совершеннолетия, отчасти из-за факторов окружающей среды. Перепрограммирование клеток кожи взрослых однояйцевых близнецов в их эмбриональное состояние устранило большинство этих различий, как обнаружили исследователи, изучая клетки трех пар близнецов. Тем не менее, между близнецами все еще существовали ключевые эпигенетические различия с точки зрения того, как иПСК сравнивались с ЭСК.

Когда команда более подробно изучила участки генома, где эта вариация между метиловыми метками имела тенденцию проявляться у близнецов, они обнаружили, что они часто попадали рядом с сайтами связывания регуляторного белка, называемого MYC.

«В прошлом исследователи находили множество сайтов с вариациями статуса метилирования, но было трудно понять, какие из этих сайтов имеют генетические вариации», — говорит Панопулос. «Здесь мы могли бы более конкретно сосредоточиться на сайтах, которые, как мы знаем, не имеют ничего общего с генетикой». По ее словам, именно этот новый фокус позволил им сосредоточиться на сайтах связывания MYC.

Исследователи предположили, что белок MYC, который является одной из молекул, используемых для перепрограммирования ИПСК из взрослых клеток, вероятно, играет роль в определении того, какие участки генома будут случайным образом метилированы в процессе перепрограммирования.

«Близнецы позволили нам задавать вопросы, которые мы раньше не могли задавать, — говорит Панопулос. «Вы можете увидеть, что происходит, когда вы перепрограммируете клетки с идентичными геномами, но разными эпигеномами, и выяснить, что происходит из-за генетики, а что происходит из-за других механизмов».

Полученные данные помогают ученым лучше понять процессы, связанные с перепрограммированием клеток, и различия между иПСК и ЭСК, что имеет значение для будущих исследований, направленных на понимание конкретных причин и последствий этих изменений, а также того, как иПСК используются для исследований и терапии.

Другими исследователями, участвовавшими в исследовании, были Юрико Хисида, Вероника Модесто, Кеннет Э. Диффендерфер и В. Трэвис Берггрен из Института Солка; Анджело Ариас, Питер Шепард и Агнешка Д'Антонио-Хроновска из Университет Калифорнии, Сан-Диего; Клэй Коннер из Университет Нотр-Дам; и Уильям Биггс и Эфрен Сандовал из Человеческое долголетие, Inc..

Работа и привлеченные исследователи были поддержаны грантами от Калифорнийский институт регенеративной медицины (GC1R-06673), Национальные институты здоровья (HG008118-01, HL107442-05, DK105541, DK112155 и EY021237), Благотворительный фонд Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли (2012-PG-MED002), Католический университет Сан-Антонио-де-Мурсия (УКАМ) и Благотворительный фонд Г. Гарольда и Лейлы Ю. Мазерс.