С помощью новой новаторской методики исследователям из Копенгагенского университета удалось идентифицировать белок, который отвечает за передачу клеточной памяти при делении клеток. Это открытие имеет решающее значение для понимания развития от одной клетки до целого тела.
Клетки нашего тела постоянно делятся на протяжении всей жизни. Но как клетки запоминают, развиваться ли им в кожу, печень или кишечную клетку? Это вопрос, который озадачивал ученых на протяжении многих лет. Теперь ученые факультета здравоохранения и медицинских наук и факультета естественных наук Копенгагенского университета немного приблизились к пониманию этого процесса.
Они разработали метод, который позволяет по-новому взглянуть на так называемую эпигенетическую клеточную память. С помощью нового метода, названного SCAR-seq, исследователи смогли выяснить, как эпигенетическая информация, хранящаяся в гистоновых белках, передается при копировании ДНК и делении клеток. Новое исследование только что было опубликовано в научном журнале Science.
Мы разработали новый инструмент для изучения передачи белковой информации в целом и ее вклада в эпигенетическую память клеток млекопитающих. Впервые мы можем увидеть, какие белки находятся на двух новых Цепи ДНК, которые образуются, когда ДНК копируется во время деления клетки. Таким образом, теперь мы можем исследовать, как белковая информация наследуется и передается дочерним клеткам».
Это первый раз, когда у нас есть прямые доказательства того, что конкретный белок связывает передачу эпигенетической информации на гистонах с репликацией генетической информации в ДНК. Мы знали, что информация, основанная на гистонах, должна быть так или иначе передана обеим новым цепям ДНК, но мы не знали, как», - говорит Аня Грот, профессор Центра биотехнологических исследований и инноваций Копенгагенского университета, и соавтор. автор исследования.
Внутри человеческой клетки наша ДНК обернута вокруг гистоновых белков. Вместе они образуют структуру, называемую хроматином. Когда клетка делится, крайне важно, чтобы и ДНК, и вся структура хроматина были скопированы точно. Хроматин хранит эпигенетическую информацию, влияющую на экспрессию генов. То есть эпигенетическая информация в наших клетках помогает контролировать, какие гены «включаются», а какие «выключаются».
MCM2 отвечает за правильную сегрегацию гистонов в дочерние клетки
В новом исследовании исследователи изучили эмбриональные стволовые клетки мышей. С помощью SCAR-seq исследователи смогли идентифицировать белок, который отвечает за перенос гистоновых белков из старой цепи ДНК в две новые цепи ДНК во время репликации, а именно MCM2. Исследователи уже давно используют MCM2 в своей рабочей модели, но до разработки технологии SCAR-seq определить ее точную функцию не представлялось возможным.
Постоянно возникает вопрос, был ли перенос гистонов с их химическими модификациями полностью случайным во время репликации ДНК. В нашем исследовании мы показываем, что это не случайный, а строго контролируемый процесс. Наши данные показывают, что гистоны отдают предпочтение одной цепи ДНК, так называемой ведущей цепи, но MCM2 противодействует этому предубеждению и обеспечивает почти симметрию между двумя новыми цепями ДНК, то есть равномерное распределение основанной на гистонах информации».
Когда мы нарушили этот механизм, вся информация, основанная на гистонах, была перенесена на одну цепь ДНК, а именно на ведущую, а не на другую, отстающую. Это означает, что эта функция MCM2 необходима для двух новые нити ДНК получат ту же информацию, которая хранится в гистонах», - говорит соавтор исследования Робин Андерссон, доцент кафедры биологии Копенгагенского университета.
Исследователи пока не знают, как влияет на способность эмбриональных клеток образовывать другие типы клеток, когда нарушается функция MCM2, обеспечивающая правильную сегрегацию гистонов. Это означает, могут ли эти клетки по-прежнему способствовать формированию целой мыши. Среди ученых часто обсуждается, насколько на самом деле важна гистоновая информация для определения клеточной идентичности и принятия решения о клеточной судьбе. Это будет следующий вопрос, который будут исследовать исследователи.
Понимание этой первой части механизма того, как дочерние клетки наследуют гистоны и их модификации от материнской клетки, имеет большой потенциал. Теперь мы можем приступить к рассмотрению того, какое значение на самом деле имеет эта передача белковой информации. для клетки и для развития организма. Это наша долгосрочная перспектива», - говорит профессор Аня Грот.