До клеточного деления хромосомы представляют собой беспорядочный беспорядок. Во время клеточного деления хромосомы родительских клеток и их дубликаты сортируются путем конденсации, становясь в тысячи раз более компактными, чем в любое другое время. Исследователи давно предполагали, что гены «молчат» во время клеточного деления, не транскрибируясь в белки или регуляторные молекулы. Это оставило открытым вопрос о том, как гены должным образом повторно активируются после деления клетки. Теперь исследователи из Медицинской школы Перельмана Пенсильванского университета обнаружили, что экспрессия генов на самом деле продолжается во время репликации клеток. Их выводы опубликованы на этой неделе в журнале Science.
Мы рассмотрели этот вопрос с точки зрения ответа на то, что контролирует клеточную идентичность, и как мы можем использовать это для перепрограммирования клеток - например, чтобы остановить раковую репликацию или сконструировать клетку, чтобы управлять направлением ее ' личность, так сказать», - сказал старший автор Кеннет С. Зарет, доктор философии, директор Пенсильванского института регенеративной медицины и профессор клеточной биологии и биологии развития Джозефа Лейди. «Набор генов, которые экспрессирует клетка, определяет, является ли она клеткой кожи, нервной клеткой или клеткой сердечной мышцы среди 200 или около того различных типов клеток, встречающихся в организме человека».
Прошлые исследования в этой области также стремились определить наилучшее время для вмешательства, чтобы изменить судьбу клетки. Текущая научная статья посвящена изучению того, как клетка переходит из спокойного состояния генов в полностью активный штат генов и регуляторных молекул, которые контролируют результат идентичности всей клетки.
Первый автор Кэтрин С. Палозола, докторант лаборатории Zaret, первой нашла способ наблюдать за активностью генов в живой клетке во время деления. Используя линию клеток печени человека, она пометила нуклеиновую кислоту уридином (один из четырех строительных блоков мессенджера генов) и проследила за ним, чтобы увидеть, какие гены все еще активны во время репликации.
«Мы были удивлены тем, что экспрессия генов все еще была, хотя и на низком уровне, во время репликации», - сказал Палозола.
Хотя хромосомы чрезвычайно компактны во время клеточного деления, а последовательности регуляторных молекул скрыты и ранее считались недоступными для транскрипции, Палозола обнаружил, что большинство генов и их близлежащие области, которые способствуют функционированию генов, все еще активно экспрессируются. Она обнаружила, как клетки просыпаются после клеточного деления и вспоминают, «кто они». Что, в конечном счете, стимулирует клеточную дифференцировку, так это последовательности молекул-энхансеров, расположенных вдали от гена, на который они воздействуют.
Лаборатория Герда Блобеля в Детской больнице Филадельфии ранее показала, что эти далекие модификаторы «спят» во время деления, поскольку оно длится всего около 30 минут - относительно быстро с биологической точки зрения - и возвращаются в онлайн после цикл клеточного деления завершен.
«Самое удивительное в этом исследовании то, что в конце концов нам пришлось выбросить все, что мы думали, что знали об этом основном аспекте регуляции генов, в окно», - сказал Зарет. «Результаты показывают, что нам нужно подумать о том, как промоторы, а не энхансеры, регулируются во время клеточного деления. Это переосмысление покажет нам, как идентичность клетки, определяемая экспрессируемыми генами, сохраняется в процессе клеточного деления. Мы надеемся, что это улучшит нашу способность преднамеренно изменять клеточную идентичность для создания новых клеток и тканей для терапии и исследований».