Piilu embrüonaalsete tüvirakkude kapoti alla

Piilu embrüonaalsete tüvirakkude kapoti alla
Piilu embrüonaalsete tüvirakkude kapoti alla
Anonim

Nii nagu teismelised näevad vaeva enda määratlemisega, teevad seda ka rakud. Embrüonaalsete tüvirakkude (ES) jaoks – rakkudel, millel on näiliselt maagiline võime moodustada peaaegu igasuguseid kudesid kehas – on see eneseleidmise protsess eriti salapärane. Ajakirja Cell 21. aprilli numbris avaldatud uued leiud selgitavad selle ebatavalise ärkamise molekulaarseid aluseid ja võivad aidata avada nende regeneratiivse võime aluse.

Broad Institute'i teadlaste juhitud uurimisrühm avastas hiire ES-rakkudes DNA-ga seotud ainulaadsed molekulaarsed jäljed. Need jäljendid või "signatuurid" ilmuvad peamiste regulatoorsete geenide lähedal, mis kontrollivad embrüonaalset arengut ja tõenäoliselt koordineerivad nende tegevust rakkude küpsemise algfaasis.Teistest rakutüüpidest suures osas puuduvad, kaovad signatuurid ES-rakkudest, kui nad on pühendunud konkreetsele arenguteele. See eksklusiivsus võib olla otsustava tähtsusega, et mõista ES-rakkude haruldasi ja laiaulatuslikke võimeid ning piiratud võimeid, mida teised rakud peavad end parandama või asendama.

"See on täiesti uus ja ootamatu avastus," ütles Brad Bernstein, uuringu juhtiv autor, Massachusettsi üldhaigla ja Harvardi meditsiinikooli dotsent ning Broad Institute'i keemiabioloogia programmi teadur. "See on võimaldanud meil heita pilgu molekulaarsetele strateegiatele, mida rakud kasutavad peaaegu lõpmatu potentsiaali säilitamiseks ja millel on oluline rakendus meie normaalse bioloogia ja haiguste mõistmisel."

Rakkudes sisalduv DNA on mähitud ümber toetava karkassi, mida nimetatakse kromatiiniks. Kuid see raamistik, mis koosneb peamiselt histooni valkudest, omab mõju, mis ulatub struktuurilistest asjadest kaugemale.Kromatiin valib lähedalasuvate histoonide külge kinnitatud väikeste keemiliste rühmade põhjal geenid, mis võivad rakus olla aktiivsed või mitte. Näiteks avaldavad teatud tüüpi histooniga liitunud metüülrühmad vastupidist mõju sõltuv alt nende kinnituspunktist valgu sees: kinnitumine lüsiiniga 4 (lühendatult "K4") stimuleerib geeni aktiivsust, samas kui kinnitumine lüsiiniga 27 (lühendatult "K27")) pärsib seda. Tavalistes rakkudes kromatiiniuuringutest kogutud teave näitab, et need märgid kipuvad üksteist välistama ja harva, kui üldse, toimivad koos. Siiski on vähe teada nende paigutusest ES-rakkudes.

Teadlased uurisid kromatiini ES-rakkudes ja keskendusid oma jõupingutused genoomi nendele osadele, mis on evolutsiooni käigus kõige paremini konserveerunud. Siin avastasid nad ainulaadsed kattuvad mustrid, mis ühendavad nii K4 kui ka K27 metüülimise. Sellised vastuolulised rühmitused, mida nende kahepoolse struktuuri tõttu nimetatakse kahevalentseteks domeenideks, esinevad peamiselt peamiste arengugeenide läheduses.Kuna need lähedalasuvad geenid vaikivad, arvavad teadlased, et kui K27 on omavahel ühendatud, võidab K27 negatiivne mõju tema kaaslase tungivale soovile. Kuid K4 aktiveeriv mõju ei ole täielikult kustutatud ja tõenäoliselt hoiab geene valmis hilisemaks tegevuseks.

"Geenide puhul võrdub see ühe sõrme päästikule toetamisega," ütles Celli artikli autor, Broad Institute'i keemilise bioloogia programmi direktor ja Harvardi ülikooli professor Stuart Schreiber. "See lähenemisviis võib olla võtmestrateegia oluliste geenide vaikseks hoidmiseks, kuid see on ette nähtud selleks, et neid kõige rohkem vajatakse."

Kuigi pärilikkust vaadeldakse sageli DNA ja selle poolt kodeeritud geenide kontekstis, kannab kromatiin kaasas ka pärilikke juhiseid, mida nimetatakse epigeneetiliseks teabeks. Kromatiini karkass koos selle kahevalentsete domeenidega moodustab teatud tüüpi molekulaarse mälu, mida saab koos DNA-ga rakust selle järglastele üle kanda.Arvestades ES-rakkude olemust ja nende staatust kõige varasemate rakuliste esivanematena, jääb vastuseta küsimus, kuidas epigeneetiline ajalugu algab. "See, kuidas algne epigeneetiline seisund luuakse ja seejärel arengu käigus muudetakse, ei mõjuta mitte ainult tüvirakkude bioloogiat, vaid ka vähki ja muid haigusi, mis on seotud epigeneetilise defektiga," ütles Bernstein.

Teadlased leidsid, et kahevalentsete domeenide topeltkomponendid on korrelatsioonis erinevate aluseks olevate DNA järjestustega. K4 metüülimine langeb kokku "CG" nukleotiidipaaride jaoks rikastatud piirkondadega, samas kui K27 metüülimine piirdub piirkondadega, kus puuduvad transposoonijärjestused. See silmatorkav seos kahevalentsete domeenide asukoha ja DNA järjestuse vahel viitab sellele, et epigeneetiline mälu pärineb DNA-st endast.

Populaarne teema