Помощничек
Главная | Обратная связь

...

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Эпигенетическая регуляция плюрипотентности



Генетический контроль плюрипотентности

Ключевыми регуляторами плюрипотентности, по мнению многих исследователей, считаются Oct4, Nanog и Sox2.

Белок Oct4 относится к V классу POU (PIT, OCT, UNC), семейства транскрипционных факторов. POU-домен состоит из двух структурно независимых субдоменов: POU- специфического (N- концевой, состоящий из 75 а.о.) и POU- гомеодомена (C-концевой, 60 а.о.). Оба субдомена соединены между собой вариабельным по длине подвижным линкером (Okamoto et al., 1990). Экспрессия белка Oct4 характерна для ранних стадий эмбриогенеза человека, мыши и других млекопитающих. Ген Oct4 человека локализован в пределах главного комплекса гистосовместимости, и имеет три альтернативных варианта сплайсинга: Oct4A, Oct4B и Oct4B1, которые кодируют четыре изоформы белка - Oct4A, Oct4B-190, Oct4B-265 и Oct4B-164. Белок, кодируемый изоформой Oct4A, локализуется в ядре клетки и принимает участие в регуляции транскрипции генов, в то же время белок Oct4B локализуется в цитоплазме клеток и не способен поддерживать плюрипотентность. Интересно, что белок Oct4B-190, кодируемый Oct4B, локализуется диффузно в ядре и цитоплазме и его уровень существенно повышается в ЭСК человека в ответ на стрессовые условия, что может оказывать репрессирующее действие на процесс апоптоза. Подавление экспрессии Oct4 приводит к ранней дифференцировке ВКМ бластоцисты in vivo и ЭСК in vitro в трофэктодерму. Гиперэкспрессия этого фактора выражается в дифференцировке ЭСК в примитивные энтодерму и мезодерму. Таким образом, для поддержания плюрипотентности экспрессия Oct4 в клетках должна строго контролироваться и поддерживаться на определенном уровне. Oct4 регулирует экспрессию тканеспецифических генов, взаимодействуя с другими факторами, а именно - c FGF-4 (fibroblast growth factor-4), специфичным для ЭСК, Sox2 (high mobility group box protein Sox2). Недавно было показано, что Oct4 не только поддерживает плюрипотентность чЭСК, но и играет ключевую роль в регуляции клеточного цикла. Oct4 является негативным регулятором р21, ингибитора циклин-зависимых киназ, и снижение экспрессии Oct4 ингибирует пролиферацию чЭСК, блокируя прохождение клеточного цикла в фазе G0/G1 (Lee et al., 2010).

Белок Nanog относится к транскрипционным факторам, содержащим гомеодомен, и наиболее близок по аминокислотной последовательности и структуре к белкам семейства NK2. Экспрессия гена Nanog характерна для плюрипотентных клеток предымплантационных эмбрионов (ВКМ и эпибласта) и ЭСК мыши и человека. Подавление экспрессии Nanog в ЭСК человека вызывает дифференцировку, сопровождающуюся повышением экспрессии маркеров энтодермы (GATA4, GATA6, LAMININ B1, AFP) и трофэктодермы (CDX2, GATA2, hCG -α и hCG -β).

Транскрипционный фактор Sox2 (SRY-related HMG box) содержит ДНК-связывающий HMG (high mobility group)-домен. Экспрессия SOX2, как и Oct4, характерна для клеток ВКМ, эпибласта и герминальных клеток эмбриона. Кроме того, нормальная экспрессия гена Sox2 необходима для поддержания самообновления ЭСК мыши и человека. Подавление и сверхэкспрессия SOX2 вызывают трофэктодермальную дифференцировку ЭСК человека.

В ЭСК человека транскрипционные факторы Oct4, Nanog и Sox2 совместно регулируют 353 гена, при этом они могут выступать и как активаторы, и как репрессоры транскрипции. Было показано, что сайты посадки транскрипционных факторов Oct4, Nanog и Sox2 ассоциированы с генами, кодирующими микроРНК. В ЭСК человека сайты связывания транскрипционных факторов Oct4, Nanog и Sox2 обнаружены в промоторах 14 генов микроРНК, причем в промоторах двух генов mir-137 и mir-301 они присутствуют совместно

 

Эпигенетическая регуляция плюрипотентности

ЭСК обладают практически неограниченным потенциалом к самообновлению и дифференцировке в широкий спектр клеточных типов. При дифференцировке клеток происходит глобальное изменение морфологии, физиологии, скорости деления клеток и других параметров. В настоящий момент известно, что экспрессия генов жестко регулируется на эпигенетическом уровне.

Эпигенетическая регуляция включает в себя ковалентные модификации гистонов (белков, образующих нуклеосомы) и метилирование ДНК промоторных областей генов. Модификации гистонов меняют физические свойства нуклеосом, делая хроматин больше или меньше доступным для факторов, обеспечивающих транскрипцию генов. Выделяют модификации, ассоциированные с активным хроматином и активно транскрибирующимися генами, и модификации, ассоциированные с неактивным хроматином и чаще всего связанные с подавлением транскрипции. Реорганизация хроматина является неотъемлемой частью активации генетических программ, реализация которых определяет направление дифференцировки стволовых клеток как in vivo, так и in vitro.

Например, хроматин в ЭСК представлен в основном транскрипционно активным эухроматином, что подтверждается наличием большого количества ацетилированных гистонов и повышенной чувствительностью хроматина к нуклеазам. В то же время, коммитирование клеток сопровождается понижением степени ацетилирования гистонов и сопутствующим увеличением неактивного гетерохроматина. Анализ изменений организации хроматина в ЭСК демонстрирует высокую степень динамической ассоциации структурных протеинов (основных и вариабельных гистонов, линкерного гистона H1, гистона H3, а также белка, ассоциированного с гетерохроматином - HP1a) с хроматином плюрипотентных ЭСК в отличие от хроматина дифференцированных клеток. Замена гистона H1 его модификацией, имеющей более высокое сродство к ДНК, приводит к ингибированию дифференцировки ЭСК; в то время как замена гистона H3 его модификацией H3.3, являющейся маркером активной транскрипции, ускоряет дифференцировку ЭСК.

Из этого можно сделать вывод, что структурные белки хроматина в ЭСК слабо связаны с ДНК, что обеспечивает быструю реорганизацию хроматина в процессе дифференцировки. С этим согласуется тот факт, что тканеспецифичные гены в геноме ЭСК находятся в неактивном состоянии. Их активация при коммитировании ЭСК происходит очень быстро, так как в ЭСК постоянно присутствуют активные эпигенетические регуляторы. Участки ДНК в ядрах ЭСК, содержащие многие тканеспецифичные гены, образуют комплексы, с так называемыми, бивалентными структурными протеинами, состоящими из супрессорного гистона H3K27me3 и активирующего гистона H3K4me3. Это приводит к быстрому переключению транскрипционных каскадов в процессе эмбрионального развития.

Основными компонентами системы эпигенетической регуляции ЭСК являются белки группы Polycomb (PcG) . PcG образуют два независимых комплекса: PRC1 (Polycomb repressive complex) и PRC2. Мишенями для PRC являются множество генов, участвующих в дифференцировке и эмбриональном развитии.

 




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.