РНК играет ключевую роль в процессе дифференцировки стволовых клеток

10 Июля 2020

В процессе изучения разных клеток одного организма обнаруживается, что все они имеют идентичный геном – полный набор генов, содержащий инструкции для построения и функционирования любой клетки.

Но если все клетки содержат одинаковую информацию, почему клетки сетчатки глаза, кожи или мозга имеют разное строение и функции? Как стволовые клетки – предшественницы всех клеток организма – выбирают путь дифференцировки?

В новом исследовании ученые Университета штата Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder) ещё на один шаг приблизились к ответу на этот фундаментальный вопрос. Они выяснили, что матричная РНК (рибонуклеиновая кислота) играет незаменимую роль в процессе дифференцировки клеток, выполняя функции моста между генами и эпигенетическим механизмом, который отвечает за включение и выключение реализации генетической информации.

В статье в журнале Nature Genetics сообщается, что при нарушении работы мРНК стволовая клетка, способная дифференцироваться в кардиомиоцит никогда не станет сокращаться.

Сегодня многие фармацевтические компании проявляют беспрецедентный интерес к РНК. Новые исследования могут помочь в разработке РНК-ориентированных методов лечения различных заболеваний, таких как рак или заболевания сердца.

«Не все гены постоянно экспрессируются в каждой клетке. Разные типы тканей имеют собственную эпигенетическую программу, которая определяет, какие гены должны работать в конкретный момент. Мы выяснили, что РНК является основным регулятором эпигенетического молчания. При отсутствии РНК эпигенетическая система не функционирует, и это важно», – говорит Томас Чех (Thomas Cech), один из ведущих авторов, нобелевский лауреат, профессор биохимии.

Ученым давно известно, что все клетки имеют идентичный геном, но его реализация в разных тканях происходит по-разному. Эпигенетические механизмы, которые включают или выключают гены, делают это возможным.

Но как работает этот механизм, остается невыясненным.

В 2006 году Джон Ринн (John Rinn), профессор биохимии Университета штата Колорадо в Боулдере (University of Colorado Boulder), соавтор статьи, впервые предположил, что, хотя роль РНК в отличие от роли ДНК (дезоксирибонуклеиновой кислоты) исследована в меньшей степени, именно она может являться ключевой.

В имеющем большую роль исследовании о клетке Джон Ринн показал, что внутри ядра РНК присоединяется к поликомб репрессивному комплексу (PRC2) –сложному протеиновому комплексу, который, как полагают, регулирует экспрессию генов. Это было доказано последующими многочисленными исследованиями. Также было выяснено, что разные РНК могут связываться с различными белковыми комплексами.

Важный вопрос: имеет ли этот факт значение при определении судьбы клетки?

С тех пор было опубликовано не менее 502 статей, часть из которых определяет роль РНК как ключевую в эпигенетике, другие же указывают на ее косвенную роль.

Итак, в 2015 году Ичен Лонг (Yicheng Long), биохимик лаборатории Томаса Чеха, решил снова исследовать этот вопрос, используя новейшие методики. В Институте BioFrontiers (BioFrontiers Institute) произошла встреча Ичена Лонга с Тайянг Хвангом, вычислительным биологом лаборатории Джона Ринна.

Уникальное партнерство

«Мы использовали разные научные подходы и данные мощных вычислений, чтобы оценить роль РНК новым, количественным способом, а также её молекулярные взаимодействия», – говорит Тайянг Хванг, который является соавтором статьи с Иченом Лонгом.

Для того чтобы выяснить будет ли система эпигенетического регулирования работать без РНК, был использован фермент, который удаляет РНК из клеток. Без РНК система не функционировала.

«РНК, возможно, играет роль авиадиспетчера, направляющего самолет – или белковый комплекс – в нужное место на молекуле ДНК, чтобы заставить гены молчать», – поясняет Ичен Лонг.

На третьем этапе исследования была использована технология редактирования генома, известная как CRISPR, для того чтобы получить линию стволовых клеток, которые в дальнейшем должны стать кардиомиоцитами человека. Белковый комплекс PRC2 в этой линии клеток не может связываться с РНК. Процесс нарушается, и, продолжая аналогию с самолётом, он не может наладить связь с управлением воздушного движения и сбивается с пути.

Обычно, к 7 дню культивирования нормальные стволовые клетки выглядят как кардиомиоциты и начинают сокращаться. Клетки из мутантной линии не сокращались, но добавление PRC2 улучшало их характеристики.

«Теперь мы можем однозначно сказать, что РНК имеет решающее значение в процессе дифференцировки клеток», – говорит Ичен Лонг.

Предыдущие исследования показали, что мутации у людей, которые нарушают способность РНК связываться с белками, повышают риск развития некоторых видов рака и патологий сердца у плода. Исследователи предполагают, что РНК-таргетная терапия может быть использована для решения этих проблем.

«Полученные результаты показывают неразрывную связь между эпигенетикой и РНК и выводят понимание этого вопроса на новый уровень.

Они помогут разобраться в механизмах развития некоторых болезней», – говорит Джон Ринн.

Источник: news-medical.net

Автор: Алина Вахитова

Научный консультант: Ольга Хрущова

Подпишитесь на наши обновления

Подпишитесь на нашу информационную рассылку, чтобы оставаться в курсе новостей в мире генетики
Ваш e-mail
Спасибо за подписку!