Медленная репликация — ключ к быстрому делению: уникальное поведение репликационной вилки в плюрипотентных стволовых клетках

Эмбриональные стволовые (ЭС) клетки — это плюрипотентные стволовые клетки, способные дать начало всем типам клеток организма. ЭС-клетки быстро пролиферируют, и считалось, что они испытывают высокий уровень внутренней репликационной стрессовой нагрузки. Однако недавнее исследование, опубликованное в EMBO Reports командой Курасимы, ставит это предположение под сомнение, предоставляя детальный молекулярный анализ динамики репликации в этих клетках.

Под руководством доктора Томоми Цубоути из Национального института фундаментальной биологии (NIBB) в Японии исследовательская группа изучила динамику репликационной вилки — скорость движения вилки, частоту пауз и плотность инициации репликации — на разных подстадиях S-фазы. Их результаты выявили ранее упущенные из виду аспекты репликации не только в ЭС-клетках, но и в других неплюрипотентных клетках.

Первый автор исследования доктор Киминори Курасима поясняет: «Фракционируя клетки по подстадиям S-фазы и проводя ДНК-фиберный анализ на отсортированных популяциях, мы обнаружили, что плюрипотентные стволовые клетки млекопитающих поддерживают низкую скорость движения вилки и высокую плотность активных точек начала репликации на протяжении всей S-фазы, с минимальными паузами вилки».

Это контрастирует с их находкой для неплюрипотентных клеток, которые демонстрируют низкую скорость вилки в начале S-фазы, но затем ускоряются. Неплюрипотентные клетки также испытывают паузы репликационной вилки именно в ранней S-фазе, что, вероятно, активирует контрольные точки для облегчения ускорения вилки и уменьшения пауз.

Исследование также показывает, что при дифференцировке мышиные ЭС-клетки приобретают характеристики репликации, сходные с таковыми у неплюрипотентных клеток. Более того, некоторые особенности репликации ДНК, наблюдаемые в мышиных ЭС-клетках, характерны и для человеческих iPS-клеток, что позволяет предположить, что медленная репликационная вилка с высокой плотностью точек начала репликации может быть отличительной чертой плюрипотентности. Удивительно, но искусственное ускорение репликационных вилок привело к рассогласованию между завершением репликации генома и прогрессированием клеточного цикла.

Доктор Цубоути заключает: «Мы предполагаем, что медленные репликационные вилки — это не проявление препятствий для репликации, а неотъемлемая особенность репликации ДНК в ЭС-клетках. Наше исследование подчеркивает динамическую регуляцию репликации ДНК и показывает, как разные типы клеток используют различные механизмы».