Судьба клеток в эмбриональном развитии зависит от действия определенных важных белков — критических факторов транскрипции, которые становятся активными на различных этапах «взросления» плода.
Как известно, развитие мозга — результат работы большого числа генов, ответственных за дифференцировку стволовых клеток в клетки нервной ткани, а также за их миграцию в нужную зону головного мозга. В этот процесс включен ряд ключевых белковых факторов, в которые входит в том числе семейство нейрогенинов, инициирующее каскад важнейших реакций, ответственных за развитие нейроэктодермальных предшественников клеток. Одним из представителей этого семейства, является ген NeuroD1 — фактор транскрипции (белок, который контролирует синтез мРНК на матрице ДНК). Новые исследования выявили, что ген NeuroD1 не просто экспрессируется в стволовых клетках, но также играет главную роль в регуляции этого процесса — он обладает способностью перепрограммировать другие типы клеток (фибробласты, астроциты и др.) в нейроны. Учитывая эту возможность, многие ученые ставили себе цель понять механизмы, которые лежат в основе нейронной специфичности.
В статье, опубликованной в The EMBO Journal, ученые из Института Молекулярной Биологии в городе Майнц (Германия) рассказали, как они разгадали сложный механизм, благодаря которому NeuroD1 руководит формированием клеток мозга.
Исследователи обнаружили, что белок, связываясь с определенным целевым участком (промоутером) на гене в гетерохроматине (участок сильно скрученной ДНК, где гены находятся в нерабочем состоянии), приводит к замене определённых маркеров и потере репрессорных (сдерживающих) белков. Это сопровождается усилением активизирующей ген метки, а также возрастанием доступности хроматина, что, в свою очередь, приводит к повышению экспрессии.
Связываясь с целевыми промоутерами в гетерохроматине, ген NeuroD1 приводит к потере репрессорных белков и изменению определенных маркеров (маркер репрессии гена Н3К27me3 меняется на Н3К27ас – маркер активного гена). Это сопровождается увеличением количества активной метки (Н3К27ас), а также возрастанием доступности хроматина, что приводит к повышению экспрессии гена.
Что интересно, в дополнение к действию на гены развивающихся нейронов, NeuroD1 также активирует гены, участвующие в переходе эпителиальных клеток в мезенхимальные.
Ученые считают, что их открытие станет важным не только для понимания, как в мозге формируются и развиваются новые клетки, но оно также поможет в поиске новых регенеративных методик терапии болезни Паркинсона и других подобных заболеваний.
Авторы Абхиджет Патаскар (Abhijeet Pataskar) и Йоханес Янг (Johannes Jung) объясняют: “Наши исследования показывают, как один фактор способен изменять эпигенетический ландшафт клетки, что приводит к изменению программы генной экспрессии, направляя и развитие нейронов”.
В нейродегенеративных болезнях функции мозга снижаются вследствие потери клеток, которые не способны заменить самих себя из-за необратимых повреждений.
“Это не только проливает свет на формирование мозга в период эмбрионального развития, но также открывает новые пути для регенеративной медицины”, — резюмирует Др. Тивари (Dr. Tiwari)
Конечно же, главная цель регенеративной медицины — это восполнение популяции клеток взамен утерянных. Но мозг — орган сложный, комплексный, и исследователи, пока еще не до конца понимают, как он развивается на молекулярном уровне. Для этого необходимы дальнейшие исследования, которые, быть может, откроют настолько широкие горизонты, что сложно будет себе даже представить.
Литература:
• http://emboj.embopress.org/content/early/2015/11/13/embj.201593324
• http://emboj.embopress.org/content/early/2015/10/30/embj.201591206
• http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/24360883