Dynamiske endringer i genregulering i menneskelige stamceller avslørt


En gruppe ledet av forskere ved The Scripps Research Institute og University of California (UC) i San Diego har oppdaget en ny type dynamisk endring i menneskelige stamceller. I fjor, har dette teamet rapportert gjentatte endringer i genomene til menneskelige pluripotente stamceller som de er utvidet i kultur. Denne rapporten, som vises i den 4 mai 2012 utgaven av tidsskriftet Cell Stem Cell, viser at disse cellene kan også endre sine epigenomes, mønstre av DNA-endringer som regulerer aktiviteten av spesifikke gener - noen ganger radikalt. Disse endringene kan påvirke cellenes evne til å tjene som modeller for human sykdom og utvikling.

"Våre resultater viser at menneskelige pluripotente stamceller endres under ekspansjon og differensiering på måter som ikke er lett synlig, men har viktige implikasjoner i bruken av disse cellene for grunnforskning og klinisk forskning," sa teamleder Louise Laurent, assisterende professor i UC San Diego School of Medicine.

Pluripotente menneskelige stamceller kan gi opphav til nesten hvilken som helst type celle i kroppen. På grunn av denne bemerkelsesverdige kvalitet, holder de et enormt potensiale for celle erstatning terapi og narkotika utvikling.



Mange gater stamcelleforskning fokus på å bestemme hvordan gener er slått av og på i løpet av normal utvikling eller ved utbruddet av en sykdom transformasjon. Det allment akseptert at genaktivering og støydempere spille viktige roller i transformasjonen for alle bruker stamceller i spesifikke celletyper som utgjør den voksne spesialisert vev av organer som hjerte og hjerne.

I den nye studien, Laurent og hans samarbeidspartner, professor Jeanne Loring av Scripps Research, og deres kolleger fokusert på å forstå genet Slå av DNA metylering, til en prosess der DNA-fragmenter er kjemisk merket med koder som hindrer genene uttrykkes , effektivt slå dem av. Feil i genet Slå av DNA metylering er kjent bidragsytere til alvorlige utviklingsskader og kreft.

Spesielt laget evaluert status for både DNA-metylering og genekspresjon i den mest komplette sett av prøver av humane stamceller til dags dato, som består av mer enn 200 prøver av humane pluripotente stamceller med mer enn 100 linjer celler, sammen med prøver av voksne celler 80 som representerer 17 forskjellige vevstyper. Forskerne brukte en ny rekke global DNA metylering, utviklet i samarbeid med Illumina, Inc., som oppdager den metylering status på 450.000 steder i det menneskelige genom. Resultatene viser overraskende endringer i mønsteret av DNA-metylering i stamceller. På grunn av den enestående bredden av studien, var forskere i stand til å bestemme hyppigheten av forskjellige typer modifikasjoner.

En av de anomalier oppdaget av studiesentra på kromosom X. Siden de kvinnelige celler inneholder to X-kromosomer og menn bare ett, en av X-kromosomer hos kvinner er normalt forstummet av DNA metylering gjennom en prosess som kalles X-kromosom inaktivering (XCI) . Den nye studien viste at de fleste av kvinnelige humane pluripotente stamceller dyrkes i laboratoriet har mistet sin X-kromosom inaktivering over tid, noe som resulterer i celler med to aktive X-kromosomer.

Dette fenomenet kan påvirke stamcellebaserte modeller av sykdommer forårsaket av mutasjoner i X-kromosomet, som Lesch-Nyhan-syndrom, forskerne merke. Disse cellebaserte modeller krever at bare den syke kopi av et gen som X-bundet skal uttrykkes, sammen med den normale kopier av genet hos kvinner dempede via XCI. Som opprinnelig inaktive X-kromosom blir aktiv, er det normal kopi av genet uttrykkes, endre fenotype av kreftceller fra normale.

«Hvis en X-kromosom som antas å være inaktiv er faktisk aktiv, kan forskerne finne at deres celler urovekkende endring fra mutant til normal over tid i kulturen," sa Loring.

En annen epigenetiske avvik observert i pluripotente celler var i trykt gener. Menneskelige celler inneholder to kopier av de fleste genene: en arvet fra mor og ett fra far. I de fleste tilfeller er både mors og fars kopier av et gen uttrykkes likt. Dette er ikke tilfelle, men for trykt gener, hvorav noen er uttrykt bare fra fars kromosomer og andre uttrykte bare fra mors kromosomer. Denne spesifikke genuttrykk forelder opprinnelses innebærer stanse av en av kopier av genet. Unormalt i denne selektive stanse av gener kan føre til alvorlige utviklingsmessige sykdommer.

Studien fant at mens modeller av DNA metylering nødvendig for å opprettholde trykt genet Slå var stabile i alle somatiske vev, overraskende, avvik hyppige mønstre av DNA metylering eksistert i trykt gener i stamceller. Noen av disse avvikene oppsto svært tidlig i etableringen av cellelinjer, mens andre krøp med passering av tid.

Interessant er det laget i stand til å koble i det minste noen av disse avvikene til de tilstander hvor stamcellene ble dyrket i laboratoriet. Dette tyder på at forskerne ved hjelp av stamceller for å studere sykdomsrelatert genomisk imprinting må bruke begrepene som best opprettholde trykt genet Slå.

Forskerne fant en annen overraskelse - dette har å gjøre med den grunnleggende prosessen som stamceller bli spesialiserte voksne celler. Forskere har spekulert i at de fleste av de gener som er aktive i de tidlige stadier av menneskelig utvikling, og de som ikke er nødvendig er slått av fordi cellene utviklet spesialiserte funksjoner.

"For eksempel, under prosessen med differensiering av en stamcelle til et nevron, man kunne forvente å observere stillhet av alle gener som er viktige for nyre, bukspyttkjertel og lever," sa Kristopher Nazor, en Scripps Forskning Kellogg School of Science and Technology graduate student, som er hovedforfatter av studien. "Men vi fant noe helt annet."

Når laget i forhold til stamceller med voksne celler tatt fra vevsprøver, heller enn å se genene mest aktive i stamceller og gener selektivt forstummet i den voksne seg, har sett det motsatte: i stamcellene, fant forskerne som gener knyttet til utvikling av spesialiserte vev celler var stille og metylert, mens i voksne celler regioner av DNA som er involvert i beskrivelsen av den type av celler som var aktive og unmethylated. Forskere kan gjengi noen aspekter av evolusjonær endring av kultur: når stamceller ble differensiert i nerveceller i kultur fatet, har de mønstre av DNA metylering bli lik de som ble observert i menneskelig hjernevev.

Dette innebærer at i motsetning til vanlig oppfatning, genene som er ansvarlige for å dreie stamceller i vevsceller var opprinnelig stille, og ble tent under differensieringsprosessen.

1

Kommentarer - 0

Ingen kommentarer

Legg en kommentar

smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile smile smile smile smile
smile smile smile smile
Tegn igjen: 3000
captcha