Atskiros žmogaus kūno ląstelės laikui bėgant vystosi laipsniškai, galiausiai specializuojasi atlikti specifines funkcijas. Šis procesas, žinomas kaip ląstelių diferenciacija arba specializacija, yra labai svarbus formuojant skirtingas ląstelių populiacijas, kurios tarnauja skirtingiems tikslams.
Ankstesni tyrimai rodo, kad ląstelių likimą taip pat moduliuoja epigenetiniai mechanizmai (ty genų ir aplinkos veiksnių sąveika). Tačiau iki šiol buvo sunku nustatyti šiuos epigenetinius mechanizmus.
ETH Ciuricho ir Roche žmogaus biologijos instituto mokslininkai neseniai atliko tyrimą, kurio tikslas buvo ištirti epigenetinius procesus, turinčius įtakos atskirų ląstelių vystymosi trajektorijoms, naudojant žmogaus smegenų ir tinklainės organoidus, gautus iš pluripotentinių kamieninių ląstelių.
Jų darbas, paskelbtas m Gamtos neuromokslaiapibūdina vienos ląstelės epigenomo pločio žemėlapį, kuris galėtų padėti tirti žmogaus ląstelių likimą.
„Neseniai paskelbtame dokumente Gamtos neuromokslai buvo įkvėptas poreikio geriau suprasti epigenetinius mechanizmus, reguliuojančius ląstelių likimo sprendimus žmogaus smegenų ir tinklainės vystymosi metu“, – „Medical Xpress“ sakė šio straipsnio bendraautorius Fidesas Zenkas.
„Pagrindinis tikslas buvo sukurti išsamų vienos ląstelės epigenominį žemėlapį, kuris galėtų užfiksuoti perėjimus nuo pluripotentinių kamieninių ląstelių į diferencijuotas nervines ląsteles.
Zenk ir jos kolegos nusprendė sukurti žemėlapį, kuris galėtų būti „planas“, siekiant ištirti, kaip aktyvuojantis ir represinis histono modifikavimas organizuoja ląstelių diferenciaciją jų vystymosi metu.
Norėdami ištirti epigenetinius mechanizmus, kuriais grindžiamas žmogaus ląstelių įvairinimas, mokslininkai atliko eksperimentus su žmogaus smegenų ir tinklainės organoidais, trimatėmis (3D), miniatiūrinėmis žmogaus organų versijomis, sukurtomis laboratorijoje, naudojant pluripotentines kamienines ląsteles.
„Mes atlikome trijų pagrindinių histono modifikacijų vienos ląstelės profiliavimą: H3K27ac (aktyvuojantis), H3K27me3 (represinis) ir H3K4me3 (aktyvuojantis)“, – paaiškino Zenkas. „Naudodami tokius metodus kaip CUT&Tag (skilimas pagal taikinius ir žymėjimą) ir vienos ląstelės RNR sekos nustatymas (scRNA-seq), mes nustatėme šias modifikacijas įvairiuose vystymosi etapuose nuo pluripotencijos iki diferencijuotų nervų būsenų.
Naudodami epigenetinius metodus, mokslininkai galėjo stebėti, kaip šios trys pagrindinės histono modifikacijos pasikeitė, kai ląstelės pereina per skirtingus vystymosi etapus. Jų eksperimentų metu surinkti stebėjimai leido jiems nustatyti dinaminius epigenetinius „jungiklius“, kurie reguliuoja atskirų ląstelių likimą.
„Mes nustatėme dinaminius epigenetinius jungiklius, kurie reguliuoja ląstelių likimo sprendimus, ir sukūrėme vienos ląstelės epigenominį žmogaus smegenų ir tinklainės vystymosi atlasą”, – sakė Zenkas. „Mes atradome, kad represinės ir aktyvuojančios histono modifikacijos perjungiamos prieš priimant sprendimus dėl ląstelių likimo.
„Be to, mes parodėme, kad H3K27me3 pašalinimas neuroektodermos stadijoje sutrikdo likimo apribojimą, dėl kurio atsiranda nenormalios ląstelių tapatybės.”
Šio neseniai atlikto tyrimo išvados padeda suprasti žmogaus ląstelių vystymąsi ir jo pagrindinius epigenetinius mechanizmus. Ateityje komandos rezultatai ir jų sukurtas žemėlapis galėtų padėti išsiaiškinti įvairių neurologinio vystymosi sutrikimų epigenetinį pagrindą, taip pat potencialiai informuoti apie ligų modeliavimą ir naujų regeneracinės medicinos metodų kūrimą.
„Mūsų būsimi tyrimų planai apima tolesnį histonų modifikacijų sąveikos mechanizmų, skirtų reguliuoti ląstelių likimo sprendimus, tyrimą ir mūsų vienos ląstelės epigenominio žemėlapio išplėtimą į kitus organoidinius modelius ir vystymosi sistemas”, – pridūrė Zenkas.
„Mes taip pat siekiame ištirti, kaip specifinės epigenetinės modifikacijos prisideda prie ligos būsenų, ir ištirti terapines intervencijas, kurios galėtų modifikuoti šiuos epigenetinius ženklus, kad būtų atkurta normali ląstelių funkcija.”