Германские ученые выяснили молекулярный механизм самообновления стволовых клеток, который позволяет им либо сохранять плюрипотентность (способность развиваться в различные клетки), либо дифференцироваться в клетки определенной ткани. Результаты исследования опубликованы в Molecular Systems Biology.
Для своей работы сотрудники Европейской лаборатории молекулярной биологии в Гейдельберге разработали репортерную систему, позволяющую отследить активность микроРНК в отдельных клетках. Она представляет собой двунаправленный промотор, контролирующий экспрессию флуоресцентного красителя-нормализатора красного цвета (гистон H2B-mCherry) и детектора микроРНК зеленого цвета (H2B-Citrine). Получающийся в результате их смешения оттенок позволяет количественно оценить экспрессию заданного вида микроРНК в клетке.
С помощью этой системы исследователи изучили активность 33 наиболее эволюционно сохранных микроРНК, связанных с дифференцировкой, плюрипотентностью и пролиферацией, в мышиных эмбриональных стволовых клетках. Выяснилось, что уровень экспрессии микроРНК-142 (miR-142) может быть высоким и низким, из-за чего клетки, неотличимые по маркерам плюрипотентности, могут находиться в двух разных состояниях.
Использовав моделирование и количественные экспериментальные данные, ученые пришли к выводу, что эмбриональные стволовые клетки могут переключаться между этими состояниями случайным образом. При этом клетки с высоким содержанием miR-142 самообновляются, сохраняя плюрипотентность и не реагируя на внешние воздействия, а с низким — отвечают на присутствие факторов дифференцировки.
Дальнейшее исследование показало, что регуляция посредством miR-142 способности клеток дифференцироваться происходит по принципу двойной отрицательной обратной связи через сигнальный путь KRAS/ERK между мембраной и ядром клетки (как показано на схеме).
Полученные результаты объясняют, как стволовым клеткам удается поддерживать плюрипотентный резервуар в условиях меняющейся концентрации факторов дифференцировки. Это принципиально важно для регенеративной клеточной медицины, поскольку недифференцирующиеся клетки могут со временем развиться в злокачественную опухоль.
МикроРНК — это небольшие молекулы РНК, которые не принимают непосредственного участия в синтезе белка на матрице РНК, но служащие важным регулятором посттранскрипционной экспрессии генов.
Олег Лищук
