Двойная защита ключевых клеточных переключателей от случайной активации

Исследователи из Мюнхенского университета имени Людвига и Максимилиана (LMU) использовали технологию CRISPR-Cas9 для изучения механизмов, управляющих развитием стволовых клеток мозга. Результаты показывают, что ключевые клеточные переключатели имеют двойную защиту от несвоевременной активации.

Специализация клеток в сложных организмах контролируется мастер-факторами транскрипции — белками, запускающими генетические программы, определяющие клеточную идентичность. Гены, кодирующие эти факторы, должны быть строго заблокированы после выполнения своей задачи, чтобы не нарушить состояние дифференцированной клетки.

Исследование, опубликованное в Nature Communications, изначально ставило целью изучить, как можно включать и выключать гены с помощью CRISPR-Cas9. В качестве модели был выбран ген Sox1, кодирующий мастер-фактор, активный в нейральных стволовых клетках (NSC), но репрессированный в более зрелых клетках-предшественниках нейронов (NPC).

Учёные попытались активировать Sox1 в NPC, направляя к гену активирующий белок с помощью CRISPR/Cas9. Однако ген отреагировал очень слабо, что указало на наличие особого механизма защиты.

Гипотеза подтвердилась, когда команда сосредоточилась на метилировании ДНК вокруг гена Sox1 в NPC. Метилирование — добавление метильных групп (CH₃) к нуклеотидам — часто играет роль в эпигенетическом «выключении» генов.

«Чтобы изучить роль метилирования, мы снова использовали CRISPR-Cas9, на этот раз для удаления метильных групп с ДНК вокруг гена Sox1», — объясняет доктор Штефан Штрикер.

Комбинация целевого деметилирования и активации позволила реактивировать Sox1. Это эквивалентно омоложению клеток: они восстановили свойства стволовых клеток и обрели способность дифференцироваться в нейроны.

Авторы делают вывод, что клетки накладывают на гены, контролирующие идентичность, не просто репрессию экспрессии, но и специфический репрессивный слой хроматина. Вместе эти меры действуют как двойной замок, предотвращая случайную реактивацию.

Эта способность реактивировать репрессированные гены потенциально открывает путь к возвращению клеток-предшественников в стволовое состояние, что имеет большую терапевтическую ценность. Однако, как отмечает Штрикер, путь от фундаментального исследования до применения реактивированных стволовых клеток очень долог.