Новое исследование раскрывает ключевой механизм самовозобновления стволовых клеток

Исследовательская группа под руководством Университета Миннесоты предложила механизм контроля того, продолжают ли эмбриональные стволовые клетки пролиферировать и оставаться стволовыми или дифференцируются во взрослые клетки, такие как клетки мозга, печени или кожи.

Исследование имеет значение в двух областях. В лечении рака желательно ингибировать пролиферацию клеток. Но для выращивания взрослых стволовых клеток для трансплантации пострадавшим от травм или болезней желательно поддерживать пролиферацию до тех пор, пока не будет произведено достаточное количество клеток для создания пригодного для использования органа или ткани.

Работа даёт исследователям инструмент для понимания того, как можно контролировать эти два конкурирующих процесса. Исследование проводилось в Институте Хормела университета в Остине, Миннесота, с использованием мышиных стволовых клеток. Исследователи под руководством исполнительного директора Института Хормела Циганга Донга и заместителя директора Энн М. Боде опубликовали отчёт в журнале Nature Structure and Molecular Biology.

Механизм сосредоточен вокруг белка Klf4, который содержится в эмбриональных стволовых клетках и среди прочего поддерживает их деление и пролиферацию, а не дифференцировку. То есть Klf4 поддерживает характер стволовых клеток; этот процесс называется самовозобновлением. Исследователи обнаружили, что два фермента, ERK1 и ERK2, инактивируют Klf4; это позволяет клеткам начать дифференцировку во взрослые клетки.

Эти два фермента являются частью «цепочки» сигналов, которая начинается, когда химический мессенджер прибывает извне эмбриональных стволовых клеток. Химические сообщения передаются внутрь клеток, что, среди прочего, приводит в действие эти два фермента.

Исследователи также обнаружили, как ферменты контролируют Klf4. Они присоединяют к Klf4 небольшую молекулу — фосфат, состоящий из фосфора и кислорода. Эта «метка» помечает его для уничтожения клеточным механизмом, который перерабатывает белки.

Кроме того, они обнаружили, что подавление активности двух ферментов позволяет стволовым клеткам сохранять самовозобновление и сопротивляться дифференцировке. В совокупности их результаты рисуют картину ферментов ERK1 и ERK2 как основных игроков в определении судьбы эмбриональных стволовых клеток — и, потенциально, раковых клеток, чей быстрый рост отражает поведение стволовых клеток.

Klf4 — один из нескольких факторов, используемых для перепрограммирования определённых взрослых клеток кожи в форму стволовых клеток, называемых iPS-клетками (индуцированные плюрипотентные стволовые клетки), которые ведут себя аналогично эмбриональным стволовым клеткам. Кроме того, многие исследования показали, что Klf4 может либо активировать, либо подавлять функционирование генов и в определённых контекстах действовать либо как онкоген (способствующий раку), либо как супрессор опухоли. Учитывая это и собственные результаты, исследователи Института Хормела предполагают, что программа самовозобновления раковых клеток может напоминать таковую у эмбриональных стволовых клеток.