Теломеры помогли мышиным клеткам остаться стволовыми

Испанские исследователи обнаружили белок, который не только отвечает за «молчание» теломерной ДНК, но и поддерживает клетки в стволовом состоянии. Когда его заблокировали, теломеры начали производить РНК, которая «закрыла» клеткам доступ ко множеству генов, и клетки перестали быть стволовыми. Работа опубликована в журнале eLife.

Теломеры, концевые участки хромосом, — это сложный комплекс из теломерной ДНК и связанных с ней белков. Основная задача этих белков — защищать теломерную ДНК от белков репарации ДНК, которые могут принять конец хромосомы за разрыв и начать его спешно «чинить». Кроме того, теломерные белки заставляют теломерную ДНК «молчать», то есть мешают считывать с нее информацию в виде РНК. Один из таких белков, TRF1, оказался очень важен для эмбриональных клеток. По крайней мере, известно, что нокаутные по нему мыши умирают на ранних этапах развития, а еще без него клетки невозможно репрограммировать, то есть перевести их из дифференцированного состояния в стволовое.

Стволовая клетка зародыша отличается от взрослой специализированной клетки, среди прочего, состоянием своей ДНК. В эмбриональной клетке большая часть ДНК развернута, а гены, расположенные на ней, открыты для считывания. В дифференцированных клетках, напротив, большая часть ДНК намотана на белки-гистоны, а гены, расположенные на ней, «молчат». В открытом доступе находится лишь малая часть генов, которые необходимы для выполнения ее функций. За сворачивание генов в клубки отвечают белки ремоделирования хроматина: они навешивают на гистоны метильные метки, что делает их более липкими для ДНК. В организме эти изменения обычно необратимы, но в лаборатории клетки можно репрограммировать, то есть раскрутить ДНК и тем самым вернуть клетку в стволовые состояние.

Группа ученых из Испанского национального центра по исследованию рака под руководством Розы Марион (Rosa Marión) решила выяснить, как связаны белок TRF1, «молчание» теломерной ДНК и стволовые свойства клеток. Для этого исследователи взяли репрограммированные клетки мышей и заблокировали в них производство TRF1. При этом в клетках по сравнению с контролем изменилась экспрессия более 800 генов. Это подтвердило подозрение ученых, что TRF1 участвует во множестве других внутриклеточных процессов, кроме защиты теломерной ДНК. Среди генов, на которые повлияло отсутствие TRF1, многие были связаны с дифференцировкой и ремоделированием хроматина.

Кроме того, в клетках снизилась экспрессия генов, которые поддерживают клетку в стволовом состоянии. Исследователи подсчитали количество метильных меток на разных участках генома и обнаружили, что множество меток появилось на «генах стволовости», а значит, их работу заблокировали комплексы перестройки хроматина.

Зато в отсутствие TRF1 выросла экспрессия РНК TERRA — это некодирующая РНК, которую клетка считывает с теломерной ДНК. Обычно TERRA в клетке немного, и она привлекает к себе белки ремоделирования хроматина, которые помогают свернуть теломерную ДНК. Ученые обнаружили, что без контроля TRF1 количество этой РНК существенно растет, и она связывается со множеством других генов в ядре. Это оказались те же самые гены, которые перестают работать, когда клетка теряет TRF1.

Исследователи предложили такую модель развития событий: когда работа белка TRF1 заблокирована, он перестает контролировать экспрессию теломерной ДНК. В ядре в больших количествах появляется РНК TERRA. Как правило, она привлекает к себе белки ремоделирования хроматина, чтобы заставить «молчать» теломерную ДНК. Но когда ее много, то она связывается с генами, обеспечивающими стволовые свойства клетки, и они тоже «замолкают». Поэтому клетка перестает быть стволовой и начинает дифференцировку. Таким образом, слаженная работа теломерной ДНК и белка RTF1 поддерживает клетки в стволовом состоянии.
Феномен, который исследовали испанские ученые — не самая известная функция теломер. Гораздо лучше изучена их связь со старением: например, укорочение теломер мешает клеткам делиться и сокращает срок жизни организма. А их общая длина помогает предсказать риск умереть, правда, иногда проигрывает другим маркерам биологического возраста.

https://nplus1.ru