Включение генов, находящихся в полуактивном состоянии, может приводить к перерождению клеток и различным заболеваниям, в том числе раку, аутоиммунным болезням и диабету. А целенаправленное изменение активности генов позволило ученым вернуть клетки кожи взрослых мышей в эмбриональные состояние.

Большинство генов человека, в том числе регулирующих дифференцировку клеток, не полностью инактивированы, а находятся в состоянии полуактивности и периодически начинают синтезировать информационные РНК. Однако процесс транскрипции таких РНК не завершается и, соответственно, кодируемые ими белки не синтезируются.

Долгое время считалось, что активность генов контролируется простым «переключением» из активного состояния в неактивное или наоборот. Однако ученые Уайтхедовского института биомедицинских исследований, работающие под руководством Ричарда Юнга (Richard Young), установили, что около трети генов как эмбриональных, так и взрослых клеток человека находятся в промежуточном полуактивном состоянии. Интересен тот факт, что все гены-регуляторы клеточной дифференцировки находятся в таком нестабильном состоянии.

В состав человеческого организма входят клетки более чем 200 типов. Все клетки содержат идентичный генетический материал, однако каждый тип клеток экспрессирует уникальный набор генов, которые обеспечивают синтез белков, определяющих их специфические характеристики. Согласно общепринятой гипотезе, неактивное состояние генов обеспечивают белки гистоны, плотно покрывающие специфичные участки спирали ДНК. Однако, согласно полученным результатам, связи между начальными участками последовательностей многих неактивных генов и гистонами сильно ослаблены.

Авторы провели скрининг человеческого генома на предмет специфической химической метки, ассоциированной с ослабленными вариантами гистонной упаковки ДНК и, соответственно, с зонами инициации транскрипции. Объектами исследования послужили человеческие эмбриональные стволовые клетки, клетки печени и лейкоциты.

Исследователи ожидали обнаружить метку примерно на 30-40% генов, что соответствует активной фракции генома. Однако оказалось, что она содержится более чем на 75% генах как неспециализированных стволовых, так и специализированных взрослых клеток.

Дальнейшие эксперименты подтвердили, что большинство неактивных генов периодически предпринимают попытки транскрипции. Однако из-за гистонов, плотным слоем покрывающих основную часть таких генов, им никогда не удается закончить синтез РНК.

Активация таких генов может привести к приобретению клетками новых характеристик. Такая предрасположенность к метаморфозам может объяснить перерождение клеток, наблюдаемое при различных патологических состояния, в том числе раке, аутоиммунных заболеваниях и диабете.

Это также объясняет тот факт, что введение четырех ключевых генов позволило исследователям перевести клетки кожи взрослых мышей с эмбриональное состояние.

По словам авторов, расшифровка новой модели функционирования генов-регуляторов клеточной дифференцировки делает нас на шаг ближе к контролируемому репрограммированию клеток, освоение которого было бы существенным продвижением в области регенеративной медицины.

 

Источник: «Коммерческая биотехнология» по материалам Bio.com.