Стволовые клетки близнецов оказались неидентичными

Учёные из Института биологических исследований Солка (Salk Institute for Biological Studies), США, провели исследование возникновения различных эпигенетических паттернов в стволовых клетках, сравнивая индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК), полученные от однояйцевых близнецов. Они обнаружили существенные различия, указывающие на то, что не все варьирования ИПСК линий обусловлены генетически. Результаты работы опубликованы 6 апреля 2017 года в Cell Stem Cell.

Стволовые клетки (СК) обладают уникальным свойством дифференцироваться практически в любой тип клеток организма, что делает их уникальным терапевтическим средством для замены повреждённых тканей и лечения ряда заболеваний.

Наибольшим потенциалом для изучения болезней и разработки лекарственных препаратов обладают эмбриональные стволовые клетки (ЭСК), полученные из эмбрионов, и ИПСК, создаваемые в лабораторных условиях методом перепрограммирования взрослых клеток с использованием набора сигнальных молекул.

Хотя ИПСК схожи с ЭСК по многим параметрам, исследователи обнаружили, что индуцированные плюрипотентные стволовые клетки зачастую имеют вариации в эпигенетике — метильных метках на ДНК, которые управляют экспрессией генов. Эти эпигенетические маркеры отличаются у ИПСК и ЭСК и даже у разных линий ИПСК. До настоящего времени было трудно выяснить, чем обусловлены данные различия.

«После перепрограммирования клеток мы отмечаем небольшие отличия, сравнивая их со стволовыми клетками, полученными из эмбриона. Мы хотим понять, какие типы различий присутствуют всегда, что их вызывает и что они означают», — говорит Хуан Карлос Изписуа Бельмонте (Juan Carlos Izpisua Belmonte), профессор Лаборатории экспрессии генов Института Солка и один из ведущих авторов исследования.

Лучшее понимание данных различий поможет исследователям усовершенствовать основанные на стволовых клетках методы лечения заболеваний.

Чтобы разобраться в этом вопросе Изписуа Бельмонте совместно с коллегами Келли Фрейзер (Kelly Frazer) и Афанасией Панопулос (Athanasia Panopoulos) решили провести эксперименты с использованием клеток, полученных от близнецов.

Хотя генетический материал однояйцевых близнецов идентичен, их эпигеномы – набор метильных меток ДНК — отличаются к моменту взросления. Частично это происходит из-за воздействия факторов окружающей среды.

Учёные обнаружили, что перепрограммирование клеток кожи взрослых идентичных близнецов в эмбриональное состояние устранило большинство таких различий. Эксперимент проводился с участием трёх испытуемых пар. Однако по-прежнему оставались ключевые эпигенетические различия между ИПСК близнецов каждой пары.

При более детальном изучении участков генома, где наиболее часто встречалась данная вариабельность метильных меток у близнецов, учёные обнаружили, что они чаще всего располагались вблизи сайтов связывания регуляторного белка MYC.

«Ранее исследователи обнаружили множество сайтов с различными вариантами статуса метилирования, но сложно было выяснить, какие из этих сайтов получали свою вариабельность в результате генетических изменений», — говорит Панопулос. «Теперь мы можем более пристально сфокусироваться на сайтах, которые, как мы узнали, не имеют ничего общего с генетическими изменениями». Предстоящие новые исследования, по словам авторов, будут сосредоточены на изучении сайтов связывания MYC.

Учёные предположили, что белок MYC – одна из молекул, используемых для перепрограммирования зрелых клеток в ИПСК, вероятно, играет роль в управлении тем, какие сайты генома будут рендомно метилированы в процессе перепрограммирования.

«Близнецы позволили нам задать вопросы, которые мы не могли задать раньше», — говорит Панопулос. «Теперь можно увидеть, что происходит, когда вы перепрограммируете клетки с идентичными геномами, но дивергентными эпигеномами, и также можно выяснить, что происходит в результате генетических изменений, а что – в результате других механизмов».

Полученные результаты помогут учёным лучше понять процессы, связанные с перепрограммированием клеток, и различия между ИПСК и ЭСК. Это важный этап для будущих исследований конкретных причин и последствий данных изменений, а также понимания того, как ИПСК могут использоваться в науке и медицине.