Исследователи заметили, как специфические белки в хромосомах круглых червей позволяют их потомству производить специализированные клетки поколениями позже. Это поразительное открытие переворачивает с ног на голову классическое представление о том, что наследственная информация для дифференцировки клеток в основном укоренена в ДНК и других генетических факторах.
Команда Университета Джона Хопкинса впервые сообщает о механизмах, с помощью которых белок, известный как гистон H3, контролирует, когда и как эмбрионы червей производят как высокоспецифичные клетки, так и плюрипотентные клетки , клетки, которые могут включать и выключать определенные гены для производства различных видов тел. салфетка. Подробности опубликованы сегодня в Science Advances .
Новое исследование может пролить свет на то, как мутации, связанные с этими белками, влияют на различные заболевания. Например, у детей и молодых людей гистон H3 тесно связан с различными видами рака.
«Эти мутации широко распространены при различных видах рака, поэтому понимание их нормальной роли в регуляции клеточной судьбы и потенциальной дифференциации тканей может помочь нам понять, почему некоторые из них более распространены при определенных заболеваниях», — сказал ведущий автор Райан Дж. Глисон, постдокторант. научный сотрудник по биологии Университета Джонса Хопкинса. «Гистоны, которые мы рассматриваем, являются одними из наиболее мутировавших белков при раке и других заболеваниях».
Гистоны являются строительными блоками хроматина, структурной поддержкой хромосом внутри клеточного ядра. В то время как гистон H3 особенно распространен в многоклеточных организмах, таких как растения и животные, одноклеточные организмы изобилуют почти идентичным вариантом H3. Вот почему ученые считают, что разница в рационе H3 и его варианта содержит важные ключи к разгадке того, почему плюрипотентные клетки настолько универсальны на раннем этапе развития.
Исследователи обнаружили, что по мере роста эмбрионов круглых червей C. elegans повышение уровня H3 в их системах ограничивало потенциал или «пластичность» их плюрипотентных клеток. Когда команда изменила геном червя, чтобы уменьшить количество H3, они успешно продлили окно времени для плюрипотентности, которое обычно теряется у старых эмбрионов.
«По мере того, как клетки дифференцируются, вы начинаете получать стократную экспрессию гистона H3 в этот период времени, что совпадает с этой специфичной для линии регуляцией», — сказал Глисон. «Когда вы снижаете количество H3 во время эмбриогенеза, мы можем изменить нормальный путь развития, чтобы принять альтернативные пути клеточной судьбы».
В плюрипотентных клетках гистоны помогают включать и выключать определенные гены, чтобы зафиксировать определенные типы клеток, будь то нейроны, мышцы или другие ткани. Гены, строго регулируемые гистонами, действуют как голос, сообщающий клеткам, как им развиваться. То, насколько тихий или громкий ген, определяет судьбу клетки.
Новые результаты получены с помощью метода редактирования генов CRISPR, который помог команде отследить роль, которую два гистона сыграли в развитии потомства червя. По словам Глисона, за последнее десятилетие CRISPR значительно облегчил ученым изучение основ изменения генетического материала и определение того, как это влияет на черты животных, растений и микробов.
Несмотря на то, что аскариды C. elegans дают более точное представление о том, как развиваются эти плюрипотентные клетки, необходимы дальнейшие исследования, чтобы сосредоточиться на том, как гистоны могут также лежать в основе эмбриогенеза у людей и животных, состоящих из сотен типов клеток, сказал Синь Чен, сотрудник Университета Джона Хопкинса. профессор биологии и соисследователь.
«Несмотря на то, что мы используем этого маленького червя для этих открытий, на самом деле это открытие не должно быть специфичным для одного животного», — сказал Чен. «Трудно представить, что результаты будут применимы только к одному гистону или одному животному, но, конечно, необходимо провести дополнительные исследования».
