Стволовые клетки червей и человека оказались более схожими, чем ожидалось
Временная форма генетической информации, РНК, обрабатывается сходным образом в клетках обоих организмов. Эти механизмы, по-видимому, работают во всем животном царстве. Ученые из Центра молекулярной медицины Макса Дельбрюка в Объединении Гельмгольца (MDC) и их международные партнеры показали это в полногеномном исследовании на плоских червях, результаты которого опубликованы в научном журнале eLife.
Стволовые клетки — это клетки-универсалы, способные дифференцироваться в любую ткань. Они обладают большим потенциалом для регенеративной медицины. Планарии, мелкие свободноживущие плоские черви, особенно интересны для исследователей благодаря их замечательной способности регенерировать любую утраченную часть тела с помощью своих многочисленных стволовых клеток.
Специфическая активация определенных генов отвечает за особые способности стволовых клеток. Гены транскрибируются во временную форму РНК, которая служит матрицей для синтеза белков. Кроме того, РНК обычно подвергается обработке с помощью механизма «сплайсинга»: участки РНК заново рекомбинируются, так называемые интронные последовательности вырезаются, а экзонные — сохраняются. При наличии выбора между разными версиями экзонов клетка может целенаправленно выбирать среди них. Этот альтернативный сплайсинг может приводить к созданию разных версий одного белка с разными свойствами.
До сих пор не было известно, контролирует ли альтернативный сплайсинг свойства стволовых клеток у планарий. Чтобы изучить этот процесс, доктор Джорди Солана из лаборатории профессора Николауса Раевски в Берлинском институте медицинской системной биологии (BIMSB, в составе MDC) сотрудничал с доктором Мануэлем Иримией из Центра геномной регуляции (CRG) в Барселоне и командой профессора Бенджамина Дж. Бленкоу из Университета Торонто.
Исследователи проанализировали с беспрецедентной детализацией, какие гены транскрибируются в зрелых клетках или стволовых клетках плоских червей и затем обрабатываются путем альтернативного сплайсинга.
Были идентифицированы процессы сплайсинга, которые работают только в стволовых клетках червей, и обнаружены многочисленные альтернативные экзоны, ответственные за стволово-клеточно-специфичные варианты белков. Неожиданно интроны часто не удалялись из РНК, что означало невозможность генерации функционирующих белков. Также были обнаружены небольшие фрагменты экзонов — «микроэкзоны» — в полностью развитых клетках.
В последующих экспериментах ученые отключали белки, контролирующие альтернативный сплайсинг. Один из этих белков, MBNL, подавляет производство стволово-клеточно-специфичных вариантов белков. Также было обнаружено, что белок CELF противодействует MBNL, стимулируя производство этих вариантов. Во время развития из стволовой клетки в тканевую два фактора конкурировали за преобладание. Это взаимодействие между MBNL и CELF ранее описывалось только в клетках млекопитающих.
«В нашем исследовании мы выявили новые механизмы, о которых не знали из обычных исследований стволовых клеток млекопитающих. Теперь мы можем целенаправленно искать те же процессы в человеческих клетках», — говорит Солана.
«Обнаружить антагонизм между MBNL и CELF у плоских червей интересно с точки зрения эволюционного биолога. Впервые мы описали механизмы в стволовых клетках у организмов из крайне удаленных ветвей эволюционного дерева. То, что мы нашли, вероятно, является фундаментальным процессом во всем животном царстве», — отмечает Солана.