Как время влияет на судьбу стволовых клеток

Исследователи из EPFL обнаружили, что временные колебания концентраций белков могут определять, в какой тип клеток превратятся эмбриональные стволовые клетки.

В новом исследовании, опубликованном в Molecular Systems Biology, учёные из лаборатории Дэвида Сутера изучили два важных транскрипционных фактора — SOX2 и OCT4, уровни которых в эмбриональных стволовых клетках меняются со временем. Оба фактора критичны для самообновления клеток и их дифференцировки в определённые типы.

Методология

Для мониторинга колебаний команда провела сложную геномную инженерию, создав пять «репортёрных» генов knock-in в одной линии эмбриональных стволовых клеток. Эти гены, прикреплённые рядом с генами SOX2 и OCT4, производят видимый сигнал (например, флуоресцентный свет), когда целевой ген экспрессируется, позволяя отслеживать производство белка в живых клетках.

Ключевые выводы

• Небольшие изменения уровней любого из транскрипционных факторов влияют на судьбу клеток, но только во время первой фазы роста клетки (G1-фазы).
• Повышенный уровень SOX2 «подталкивает» клетки к превращению в нейрональные типы (производные нейроэктодермы).
• Повышенный уровень OCT4 направляет клетки как к нейрональным, так и к ненейрональным дифференцированным типам. Учёные выяснили, что причина в том, что высокий уровень OCT4 увеличивает доступность факторов дифференцировки к хроматину клетки.

Значение и перспективы

Как отмечает Сутер, поскольку колебания концентраций транскрипционных факторов в значительной степени обусловлены внутренней случайностью каскада экспрессии генов, это может устанавливать фундаментальные ограничения в нашей способности перенаправлять решения о судьбе клеток в терапевтических целях. Дальнейшая работа потребуется, чтобы определить, можно ли хотя бы частично подавить эти колебания, чтобы смягчить их влияние на контроль судьбы эмбриональных стволовых клеток.