Эмбрион или плацента?
Одна и та же соматическая клетка при индукции может превратиться в эмбриональную (с потенциалом зародить органы плода) или плацентарную (с потенциалом для имплантации и роста сосудов) стволовую клетку. Группа исследователей под руководством профессора Йосси Буганима и профессора Томми Каплана из Еврейского университета в Иерусалиме выявила 14 000 уникальных участков в ДНК, которые вместе образуют наиболее элементарный план создания эмбрионов.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки, изготовленные из фибробластов кожи или других соматических клеток с помощью факторов Яманаки, идентичны естественным стволовым клеткам, которые развиваются на самых ранних стадиях эмбриогенеза и отвечают за развитие всех клеток плода. Однако они не могут создавать экстраэмбриональные ткани, например, плаценту.
В 2015 году Буганим и его коллеги были первыми, кто вырастил искусственные стволовые клетки плаценты из клеток кожи. Этот шаг позволил ученым создать два самых ранних типа стволовых клеток в процессе эмбрионального развития, которое происходит сразу после того, как сперматозоид оплодотворяет яйцеклетку. В новом исследовании группа внимательно изучила изменения, которые происходят в клетках кожи во время превращения в эмбриональные или плацентарные стволовые клетки.
Исследователи проанализировали изменения, которым подвергаются клетки кожи, чтобы изменить свою идентичность и стать одним из двух самых ранних типов стволовых клеток – эмбриональный или плацентарный. Они сравнили экспрессию генов, доступность и активность ДНК в ядре изменяющейся соматической клетки, а также эпигенетических маркеры (то есть метки на ДНК, которые отвечают за экспрессию генов). Все это имеет решающее значение при попытке преобразовать клетку кожи в искусственную эмбриональную или плацентарную стволовую клетку.
Авторы обнаружили, что изменения, которые происходят при превращении в эмбриональные или плацентарные стволовые клетки, полностью отличаются друг от друга на всех уровнях, несмотря на то, что и те, и другие были созданы из одинаковых клеток кожи.
Когда фибробласт превращается в искусственную эмбриональную стволовую клетку, участки ДНК, ответственные за создание мозга, сердца и печени, начинают реорганизовываться и готовиться к дифференцировке – при правильном сигнале – в клетки мозга, сердца или печени. С другой стороны, когда те же самые клетки трансформировались в искусственные стволовые клетки плаценты, участки ДНК перестраиваются, позволяя изменяющейся клетке имплантироваться и притягивать кровеносные сосуды – явление, которое происходит естественным образом при имплантации эмбриона в матку.
Исследователи сравнили два процесса параллельно и изучили метилирование ДНК, которое приводит к подавлению экспрессии генов. Они выяснили, что искусственные стволовые клетки плаценты содержали около 14 000 метилированных, то есть эпигенетически отключенных, участков ДНК, и их не было в искусственных эмбриональных стволовых клетках. Группа обнаружила, что эти участки ДНК отвечают за закладку всех органов и клеток в развивающихся эмбрионах – от мозга, сердца, печени и почек до скелета, спинного мозга и соединительной ткани.
В дальнейшем это открытие поможет понять систему защиты эмбриона, которая предотвращает развитие ранних клеток плаценты в эмбриональные клетки. Поскольку клетки плаценты восприимчивы к повреждениям и инфекциям, естественный защитный механизм останавливает миграцию клеток плаценты к развивающемуся эмбриону и прикрепление к нему, чтобы стать частью эмбриона. В целом это исследование освещает ключевые особенности репрограммирования клеток и предоставляет мощный инструмент для изучения клеточной пластичности и принятия решений о судьбе клеток.
Статья M.Jaber et al. Comparative parallel multi-omics analysis during the induction of pluripotent and trophectoderm states опубликована в журнале Nature Communnications.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам сайта American Friends of the Hebrew University: Hebrew University Team Identifies Features to Reprogram Cells.