Белок KLF4 — ключ к дифференцировке стволовых клеток
Клеточные биологи пролили свет на начальные этапы превращения стволовых клеток в специализированные. Полученные данные демонстрируют влияние активности белков на управление дальнейшей судьбой стволовых клеток.
Регуляция свойств стволовых клеток осуществляется белками, поддерживающими их способность становиться любым типом клеток — свойство, известное как плюрипотентность.
Эти белки, называемые факторами транскрипции, регулируют процесс, с помощью которого клетки определяют необходимость начала развития. Новые данные, опубликованные в Genes & Development, подчеркивают важную роль KLF4, одного из факторов транскрипции, который наделяет стволовые клетки их уникальными свойствами.
Открытие было случайным, поскольку учёные изначально намеревались изучить регуляцию гена KLF4 во время транскрипции, но вскоре обратили свое внимание на белок KLF4.
«Многие предыдущие исследования сосредоточены на генах, которые активны или неактивны в стволовых клетках, специализирующихся в конкретные органы», — сказала ведущий автор Навруп Даливал (Navroop Dhaliwal), доктор отделения клеточной и системной биологии на факультете искусств и наук в Университете Торонто (Department of Cell & Systems Biology in the Faculty of Arts & Science at U of T).
«Наша работа освещает ситуацию в самом начале данного процесса, когда снижение экспрессии генов на 90% не влияет на количество протеина. Мы очень удивились, когда впервые увидели результаты».
Исследователи обнаружили, что полученные белки KLF4 остаются функциональными 24 часа спустя, что стало особенным сюрпризом, поскольку факторы транскрипции, как правило, существуют в клетке только два или три часа.
Учёные обратили внимание, что во время процесса дифференцировки стволовых клеток и в начале их специализации KLF4 становится нестабильным. При его стабилизации дифференциация клеток не происходит.
«Мы показали, что белок KLF4 очень устойчив и фиксирует стволовое состояние клеток», — сказала Даливал. «Его поломка высвобождает стволовые клетки, которые начинают специализироваться, чтобы в конечном итоге стать различными органами».
Даливал и ее коллеги говорят, что полученные результаты демонстрируют, что дестабилизация белка KLF4 является критическим шагом в способности стволовой клетки превращаться в любой из сотен специализированных типов клеток взрослого организма.
«Данные результаты имеют важное значение для регенеративной медицины, так как создание новых органов требует детального понимания того, как стволовые клетки выходят из своего незрелого состояния», — говорит Даливал, постдокторант в Госпитале для больных детей (Hospital for Sick Children) в Торонто.
«Зная это, мы можем теперь разрабатывать более эффективные способы получения специфических для пациента стволовых клеток и дифференцировать эти клетки в более зрелые, что будет предметом моей постдокторской работы».
Помимо основной роли в стволовых клетках, KLF4 также участвует в многочисленных раковых заболеваниях. Исследователи предполагают, что механизмы, раскрытые в настоящей работе, могут пролить свет на его роль в развитии рака молочной железы, плоскоклеточной карциномы (рака кожи) и рака желудочно-кишечного тракта.
«Представленные нами данные подчеркивают важность изучения как транскрипционного контроля, так и механизмов, влияющих на избыточный синтез белка», — говорит руководитель исследования профессор Дженнифер Митчелл (Jennifer Mitchell).
«Этим механизмам необходимо уделить особое внимание, поскольку всё больше работ акцентируется на экспрессии генов с использованием таких методов, как секвенирование РНК одиночных клеток, которые не смогли бы раскрыть механизмы, обнаруженные нами».
