Исследование, проведенное под руководством профессора Йосси Буганима из Института медицинских исследований Еврейского университета Иерусалима (HU) и Томми Каплана из Школы информатики и инженерии HU и факультета вычислительной биологии, выявило 14 000 уникальных участков в ДНК, которые вместе образуют самый элементарный план эмбриогенеза — создание эмбрионов. Их выводы были опубликованы в Nature Communications.
В 2006 году японские ученые вставили четыре эмбриональных гена в клетки кожи и успешно перепрограммировали эти клетки кожи, чтобы они действовали как эмбриональные стволовые клетки. Искусственные эмбриональные стволовые клетки, изготовленные из клеток кожи, идентичны естественным стволовым клеткам, которые развиваются на самых ранних стадиях процесса эмбрионального развития и отвечают за развитие всех клеток плода. Однако они не могут создавать внезародышевые ткани, такие как плацента.
В 2015 году профессор Буганим и его команда первыми открыли, как создавать искусственные плацентарные стволовые клетки из клеток кожи. Этот шаг позволил ученым создать два первых типа стволовых клеток в процессе эмбрионального развития, которое происходит сразу после оплодотворения яйцеклетки сперматозоидом. В этом текущем исследовании исследовательская группа HU, в которую входили доктор философии. Студенты Мохаммад Джабер, Ахмед Радван и Нетанель Лойфер внимательно изучили процесс, через который проходят клетки кожи, чтобы превратиться в эмбриональные или плацентарные стволовые клетки.
«Мы проанализировали изменения, которые претерпевают клетки кожи, чтобы изменить свою идентичность и стать одним из двух самых ранних типов стволовых клеток. Мы рассмотрели изменения в экспрессии генов клеток кожи, в доступности и активности ДНК в ядре клетки. изменения клеток кожи и эпигенетических маркеров (то есть меток, украшающих ДНК и отвечающих за экспрессию генов). Все они имеют решающее значение при попытке превратить клетку кожи в искусственную эмбриональную или плацентарную стволовую клетку», — пояснил Буганим.
Исследователи обнаружили, что изменения, которые происходят в клетках кожи, чтобы стать либо эмбриональными, либо плацентарными искусственными стволовыми клетками, полностью отличались друг от друга на каждом уровне, несмотря на тот факт, что обе они начинались как клетки кожи.
Когда клетка кожи трансформируется в искусственную эмбриональную стволовую клетку, части ДНК, ответственные за создание мозга, сердца и печени, начинают реорганизовываться и готовятся к дифференцировке — при наличии правильного сигнала — в клетки мозга, сердца или печени . С другой стороны, когда те же самые клетки трансформировались в искусственную плацентарную стволовую клетку, участки ДНК начали реорганизовываться, позволяя изменяющейся клетке имплантироваться и притягивать кровеносные сосуды , явление, которое происходит естественным образом, позволяя эмбриону имплантироваться в плаценту.
Самое замечательное открытие было сделано, когда команда сравнила два процесса бок о бок и рассмотрела химическую молекулу под названием метил, которая взаимодействует с определенными областями ДНК и отвечает за подавление их экспрессии. «Мы обнаружили, что искусственные плацентарные стволовые клетки содержат около 14 000 участков ДНК с метилом, но их нигде не было видно в искусственных эмбриональных стволовых клетках », — сказал Буганим.
Когда исследовательская группа попыталась понять значение этих областей ДНК, они обнаружили, что они отвечают за создание всех органов и клеток в развивающихся эмбрионах — от мозга, сердца, печени и почек до скелета, спинного мозга и соединительных тканей.
В будущем это важное открытие может помочь объяснить защитную систему эмбриона, которая предотвращает развитие ранних плацентарных клеток в эмбриональные клетки. «Поскольку плацентарные клетки подвержены повреждениям и инфекциям, естественный защитный механизм организма не позволяет плацентарным клеткам мигрировать к развивающемуся эмбриону и прикрепляться к нему, чтобы стать его частью», — пояснил Буганим. В целом, это исследование освещает ключевые особенности, которые характеризуют нашу способность перепрограммировать клетки, и предоставляет мощный инструмент для изучения клеточной пластичности и решений о клеточной судьбе.
