На стволовые клетки мир возлагает огромные надежды, ожидая, что однажды они произведут революцию в медицине. Но для того чтобы использовать их потенциал, нужно понять, как регулируется их развитие. Новые идеи выдвигают ученые из Университета Южной Дании.

Клетки бурой жировой ткани.
(Фото: Steve Gschmeissner)

Стволовые клетки способны дифференцироваться в различные типы специализированных клеток с определенными функциями. У взрослых организмов эти клетки играют важную роль в регенерации тканей, и эта их потенциальная способность может быть использована для контроля над многими заболеваниями, например, болезнью Паркинсона или диабетом, причиной которых является гибель специализированных клеток. Из стволовой клетки можно получить различные типы специализированных клеток, но для этого требуется знание процессов, регулирующих ее развитие.

Ученые из Университета Южной Дании (University of Southern Denmark) сообщают о новом открытии, углубляющем понимание основных механизмов дифференциации стволовых клеток, которое может ускорить разработку новых методов их перепрограммирования именно в тот тип клеток, который нужен врачу для лечения того или иного заболевания.

Исследователи установили, что, когда стволовая клетка дифференцируется в клетку определенного типа, при перепрограммировании цепочки ДНК белки, называемые факторами транскрипции, работают вместе. Между ними осуществляется сложное, неизвестное ранее, взаимодействие.

«До сих пор считалось, что за перепрограммирование ответственны всего несколько факторов транскрипции, но это не так», – объясняет руководитель исследования профессор кафедры биохимии и молекулярной биологии Сузанна Мандруп (Susanne Mandrup).

«На определенных участках ДНК клетки, которые мы называем «горячими точками», происходит невероятно сложное и неизвестное до сих пор взаимодействие между факторами транскрипции. Для развития стволовых клеток это взаимодействие в «горячих точках», по-видимому, имеет огромное значение. Поэтому, чтобы лучше понять механизмы, контролирующие этот процесс, будет очень важно изучить эти «горячие точки» и взаимодействие между факторами транскрипции на данных участках», – уточняет картину первый автор двух опубликованных в журнале Cell Reports статьей постдокторант Расмус Сиерсбек (Rasmus Siersbæk). «Когда мы поймем эти механизмы, у нас будут гораздо более эффективные средства, чтобы заставить стволовые клетки развиваться в нужном нам направлении».

Очевидно, открытые датскими учеными «горячие точки» представляют собой ключевые узлы генома, в которых на небольшом участке ДНК происходит интеграция различных сигналов.

Исследователи сделали это открытие, изучая, как стволовые клетки дифференцируются в клетки жировой ткани. Они работали с хорошо известной линией, клетки которой примерно за неделю можно дифференцировать в адипоциты (клетки жира), используя определенный набор гормонов.

Датские ученые идентифицировали 12000 «горячих точек» факторов транскрипции на ранней стадии адипогенеза и нашли
свидетельства как одновременного, так и последовательного связывания факторов транскрипции в этих областях. Они показали, что горячими точками
очень богаты большие суперэнхансерные участки (несколько тысяч пар нуклеотидов), индуцирующие раннее адипогенное перепрограммирование экспрессии генов.
Таким образом, кооперативность факторов транскрипции на уровне горячих точек, а также суперэнхансеров очень важна для активности энхансеров и
транскрипционного перепрограммирования, и горячие точки и суперэнхансеры представляют собой важные регуляторные центры интеграции
влияния внешних сигналов на хроматин. (Рис. Cell Reports)

Профессор Мандруп и ее коллеги доказали не только факт существования горячих точек, но и то, что часто несколько таких точек находятся близко друг к другу и образуют большие так называемые суперэнхансеры. По-видимому, для активации нужных генов в период дифференциации стволовой клетки в адипоцит такие суперэнхансеры чрезвычайно важны.

Таким образом, данное исследование показывает чрезвычайно высокую степень кооперации между факторами транскрипции на уровне ДНК, что представляется очень важным для выбора направления дифференциации стволовой клетки.

Занимаясь изучением процессов дифференциации стволовых клеток жировой ткани, ученые преследуют и медицинские цели.

«Мы знаем, что существует два типа жировых клеток – бурые и белые. Клетки белой жировой ткани накапливают жир, а клетки бурого жира фактически усиливают его сжигание. Клетки бурого жира встречаются, главным образом, у младенцев, но они, в разных количествах, есть и у взрослых. Если нам удастся найти способы заставить стволовые клетки развиваться в бурые, а не в белые жировые клетки, мы сможем подавить развитие ожирения. Подчеркивая значение специфических участков ДНК, где происходит взаимодействие белков, результаты нашей работы открывают новые возможности в этом направлении», – говорят о своей работе исследователи.

Оригинальные статьи:

Transcription Factor Cooperativity in Early Adipogenic Hotspots and Super-Enhancers

Molecular Architecture of Transcription Factor Hotspots in Early Adipogenesis