Как клетка переключается между генетическими программами

Эмбриональные стволовые клетки человека (фото Professor Miodrag Stojkovic).

Учёные определили белок, отвечающий за смену генетических программ при переходе клетки из эмбрионального состояния во взрослое.

Живую клетку можно до некоторой степени сравнить с компьютером: как и у ПК, у неё есть гены, образующие что-то вроде операционной системы — молекулярно-генетической среды, в которой работают другие гены-«программы». Но если компьютер до скончания веков может работать с одной и той же версией Windows, то клетка о таком только мечтает: с течением времени она должна сменить несколько операционных генетических систем.

Жизнь эмбриональной стволовой клетки управляется одним комплексом генов, но, как только она превращается в дифференцированную клетку мышечной, соединительной, нервной или какой-то ещё ткани, генные комплексы начинают свою чехарду: одни засыпают, другие активируются, и так до тех пор, пока клетка не созреет. Очевидно, при этом должен быть какой-то регулятор-переключатель, нечто, что будет «сносить» одну генетическую «операционку» и ставить следующую.

Исследователи из Института биомедицинских исследований Уайтхеда (США) сообщают, что им удалось найти одного из таких молекулярных «сисадминов». Им оказался фермент лизин-специфическая деметилаза 1, имеющий в русской транскрипции несколько смущающее сокращение ЛСД1.

Белок известен учёным давно; о его важной роли в процессах дифференциации эмбриональных клеток также узнали не вчера. Но, как это часто бывает, этим всё и ограничилось; в чём именно заключается эта «важная роль», никто не знал. Теперь же тайна прояснилась: в журнале Nature появилось описание работы ЛСД1.

Когда клетка развивается, у неё включаются новые блоки генов. А старые гены, которые функционировали на предыдущих стадиях развития, должны замолчать. Если новые и старые гены будут работать вместе, возникнет хаос, «операционные системы» будут конфликтовать друг с другом, и всё может закончиться гибелью клетки (и это ещё не самый плохой сценарий, ведь возможно и раковое перерождение). И вот как раз ЛСД1 нужен для того, чтобы выключить старые гены.

Гены часто сопровождают так называемые энхансерные последовательности — куски ДНК, на которых не синтезируется РНК, но которые активируют её синтез на других, кодирующих участках ДНК. Эти энхансеры представляют собой что-то вроде посадочных платформ, на которые приземляются белки, активирующие транскрипцию тех или иных генов. Когда клетка переходит из эмбрионального состояния в зрелое, ЛСД1 закрывает собой эти самые энхансерные участки в ДНК, не пуская туда другие белки и выключая таким образом гены эмбриональной стадии.

Известно также, что функции ЛСД1 этим не ограничиваются: он влияет и на структуру хромосом. Вполне возможно, что эти две его задачи как-то сцеплены. И, скорее всего, этот белок не один такой: существуют «напарники», выполняющие на разных этапах развития клетки похожие функции. Что случается с клеткой, когда ЛСД1 перестаёт делать свою работу, учёные не проверяли, но можно предположить, что исследования в этом направлении смогут прояснить природу целого ряда сложных заболеваний, связанных с нарушением развития.

Источник