Что удерживает стволовые клетки в недифференцированном состоянии?
Учёные из университета Северной Каролины (University of North Carolina, UNC), США, обнаружили специфический кластер, который помогает раскручивать нити ДНК во время деления клеток и играет ключевую роль в пребывании стволовых клеток в незрелом состоянии. Результаты исследования опубликованы в журнале eLife.
Работа американских учёных проливает свет на биологию стволовых клеток и предлагает новые молекулярные подходы для их контроля. Стволовые клетки обладают регенеративными свойствами, способными совершить революцию в медицине, однако для реализации этого потенциала пока недостаточно знаний о работе данных клеток. Исследование также даёт лучшее понимание того, как онкологические заболевания способны поддерживать быстрое деление клеток и предотвращать их гибель.
«Подобные исследования помогают объяснить основу биологии быстро делящихся клеток и могут помочь в разработке будущих методов лечения, например, терапии стволовыми клетками или лечении рака», — говорит главный автор исследования доктор Джейн Кук (Jean Cook).
Основное внимание в исследовании уделялось кластеру белков, который называется комплексом поддержания минихромосом (minichromosome maintenance (MCM) complex), который, как известно, является главным фактором, участвующим в делении клеток.
Процесс деления клетки начинается, в том числе, с размещения МСМ-комплекса на хромосомах. Это необходимо для правильного расплетения ДНК во время деления клеток, в результате которого формируются два новых набора хромосом – по одному для каждой дочерней клетки.
«Если присоединение МСМ не будет успешно завершено до деления клеток, возникнет риск серьёзных мутаций ДНК и смерти формируемых дочерних клеток», — говорит первый автор исследования Джейкоб Мэтсон (Jacob Matson), аспирант лаборатории Кук.
Несмотря на важность присоединения МСМ, у разных типов клеток весьма отличаются периоды подготовки к делению. Например, стволовые клетки проходят данную подготовительную фазу, известную как фаза G1 клеточного цикла, за непродолжительное время, в отличие от зрелых дифференцированных клеток, таких, как клетки кожи или кардиомиоциты. Как стволовым клеткам удаётся так быстро пройти фазу G1, избежав рисков неполного присоединения МСМ и возможного повреждения ДНК, до сих пор оставалось загадкой.
Одна из теорий заключается в том, что стволовые клетки каким-то образом поддерживают более высокую скорость присоединения МСМ для быстрого прохождения фазы G1. Чтобы изучить данный процесс исследователи использовали высокочувствительный анализ, который они разработали для измерения скорости присоединения МСМ.
Они обнаружили, что стволовые клетки действительно присоединяют комплексы МСМ намного быстрее, чем зрелые, уже дифференцированные клетки. Кроме того, химическая стимуляция превращения стволовых клеток в более зрелые типы заметно замедлила скорость присоединения МСМ.
Взаимосвязь присоединения МСМ и дифференцировки клеток работает и в обратном направлении.
«Ускорение медленного присоединения МСМ в стволовых клетках привело к их более быстрой дифференцировке», — говорит Мэтсон.
Результаты показывают, что скорость присоединения МСМ – важный фактор развития клеток. Именно скорость данного процесса влияет на поддержание незрелого состояния стволовых клеток.
Также выводы исследования предполагают, что индуцирование ускоренного присоединения МСМ в более зрелых клетках может помочь обратить их вновь в стволовые. «Перепрограммирование» обычных клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки проводится в лабораториях по всему миру и рассматривается как потенциальный источник стволовых клеток для лечения в будущем.
Однако стандартные методы, используемые для такого перепрограммирования, не так эффективны, как хотелось бы исследователям.
«Предположительно искусственное ускорение присоединения МСМ сделает процесс перепрограммирования более эффективным», — сказала Кук.
В настоящее время Кук и её коллеги пытаются лучше понять биологические механизмы, с помощью которых клетки повышают и понижают скорость присоединения МСМ.
Исследователи UNC также изучают роль скорости присоединения МСМ при онкологических заболеваниях. Например, некоторые раковые клетки очень подвержены ошибкам в ДНК при делении. Кук и её коллеги подозревают, что в некоторых случаях эта «геномная нестабильность» возникает из-за неспособности клеток повысить скорость присоединения МСМ при ускоренном делении клеток.
