«В прошлом большинство лабораторий, включая мою собственную, использовали активаторы генов для включения новой программы по изменению идентичности в данной клетке», — сказал старший автор Кен Зарет, доктор философии, директор Института регенеративной медицины Пенсильвании и профессор. клеточной биологии и биологии развития. «Наше исследование показывает, что в некоторых случаях нам потребуется разобрать механизм репрессии генов клетки, чтобы активировать важные гены для перепрограммирования идентичности клетки».Команда попыталась перепрограммировать клетки кожи, чтобы создать новые клетки печени. Преобразование одного типа клеток в другой обычно имеет низкую эффективность, и это исследование определяет одну причину, почему. Долгосрочная цель этого доклинического исследования состоит в том, чтобы иметь возможность восполнить пораженную ткань печени здоровой тканью, полученной из другой ткани, такой как клетки кожи, от одного и того же человека в процессе, называемом прямым репрограммированием клеток.
Лаборатория Zaret распутала крайнюю форму молчания генов, открыв участки плотно закрученной ДНК, до которых сложно добраться активаторам для включения определенных генов. Они обнаружили эти области, охарактеризовав увеличение химического перекрестного сшивания из-за того, что ДНК более компактна в каркасе репрессированных областей хромосом.«Подумайте о куске лески, которая использовалась какое-то время, с несколькими узлами по длине», — сказал Зарет. «Узловатые области — это более легко сшиваемые области, отражающие, что они являются сверхмалчивающими областями ДНК».
Чтобы организм мог поддерживать более 200 различных типов клеток, клетки должны активировать гены, специфичные для их типа, одновременно репрессируя гены альтернативных типов. Большинство генов в заглушенных участках ДНК (недоступных для «чтения» и превращения в белок) обычно являются функциями, не используемыми текущим типом клеток.
Зарет сравнивает это со страхованием, чтобы клетки не путали свою идентичность, что могло бы вызвать такие проблемы, как неконтролируемая репликация раковых клеток или, например, предотвращение экспрессии генов мозга или печени в клетках кожи.Команда исследователей охарактеризовала белки, которые помогают «завязать узел», и обнаружила, что они более сложные, чем ожидалось. «Мы обнаружили больше типов различных белков, чем предполагали», — сказал Зарет. Для этого они включили активность ранее заглушенных генов в клетках кожи человека, выращенных в культуре, чтобы увидеть, будет ли узловатый домен легче открываться, когда каждый из них будет устранен.
Из 50 протестированных белков некоторые мутировали при таких нейродегенеративных заболеваниях, как болезнь Лу Герига.«В то время как большинство генов репрограммирования не находятся в этих сверхмолчных областях ДНК, очень важные гены находятся в них; это дает нам новый способ думать о репрограммировании», — сказал Зарет. Конечная цель их исследования — найти более эффективные способы перепрограммировать один тип клеток в другой путем пробуждения замалчиваемых генов и добавления активаторов.
Это исследование частично финансировалось Национальными институтами здравоохранения (P01 GM099134, F31 DK107183, R01 110174, R01 AI118891).Первыми авторами являются Джастин С. Беккер, Райан Л. Маккарти и Келси Кейдинг, все из лаборатории Zaret.