Контроль специализации раскрыт

Впервые показано, что две фазы клеточного цикла человеческих эмбриональных стволовых клеток (human embryonic stem cells, HESCs) активно используют пути, поддерживающие плюрипотентность — способность развиваться практически в любой тип клеток организма.

Эмбриональные стволовые клетки получают из группы клеток эмбриона до его имплантации в матку. Для дифференцировки этих клеток должен произойти сбой процессов, поддерживающих плюрипотентность. Несколько исследований выявили пути, регулирующие прекращение плюрипотентности у мышиных эмбриональных стволовых клеток, однако для HESCs этот процесс оставался загадкой.

Исследователи из Genome Institute of Singapore A*STAR использовали РНК для «нокаута» специфических генов в HESCs методом высокопроизводительного РНК-интерференционного скрининга (high-throughput RNA interference screening). Используя этот метод в различных условиях, они смогли идентифицировать пути, регулирующие выход HESCs из состояния плюрипотентности в специализированную дифференцировку.

«Мы обнаружили множество различных путей, но, думаю, самым захватывающим было вовлечение клеточного цикла», — говорит клеточный биолог Кевин Гонсалес.

Предыдущая догма, объясняет Гонсалес, заключалась в том, что только G1-фаза — первая из четырёх фаз клеточного деления — активно регулирует плюрипотентность. Известно, что G1-фаза получает сигналы и экспрессирует факторы, способствующие дифференцировке HESCs в специализированные клетки.

Однако команда A*STAR обнаружила, что последующие S и G2 фазы клеточного цикла также имеют специфические пути, поддерживающие плюрипотентность. Фактически, исследователи полагают, что отсутствие этих путей в G1-фазе делает эту стадию более восприимчивой к сигналам, индуцирующим клеточную дифференцировку.

Команда также обнаружила, что HESCs склонны поддерживать плюрипотентность, а не переходить к дифференцировке, когда их ДНК повреждена. HESCs могут лучше восстанавливать повреждения ДНК, находясь в плюрипотентном состоянии. Если восстановление не удаётся, клетки вступают на путь гибели: этот процесс легче протекает в плюрипотентном состоянии, чем при дифференцировке. Такое состояние означает, что дифференцирующиеся клетки не дадут начало повреждённым клеткам, говорит Гонсалес, что важно в контексте эмбриона, поскольку предотвращает образование большого количества клеток организма с повреждённой ДНК.

Это исследование было фундаментальным, а не имеющим конкретное применение, говорит Гонсалес. Однако новое понимание значимо, так как может помочь точно настроить лабораторные протоколы по контролю дифференцировки HESCs.