Исследование: искусственные нейроны сохраняют черты эмбрионального развития
Ученые Сколтеха вместе с коллегами из Института проблем передачи информации имени А. А. Харкевича РАН, МГУ имени М. В. Ломоносова и других организаций провели сравнительное исследование трехмерной организации генома в нейронах, полученных из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, и в нейронах взрослого мозга человека. Авторы собрали и обработали более 300 карт 3D-генома, охватывающих 62 образца человека и 34 образца мыши, включая данные по эмбриональным стволовым клеткам, индуцированным плюрипотентным стволовым клеткам, нейральным прогениторам, фетальным и постмортальным нейронам, а также нейронам, дифференцированным in vitro. В работе также представлены пять новых карт 3D-генома, полученных авторами. Исследование опубликовано в журнале Genome Research.
Индуцированные плюрипотентные стволовые клетки — это клетки, полученные из взрослых соматических клеток путем генетического перепрограммирования, которое возвращает их в состояние, подобное эмбриональному. Из таких клеток можно дифференцировать нейроны, генетически идентичные донору, что позволяет изучать заболевания нервной системы в лабораторных условиях. Однако до сих пор оставалось неясным, насколько полно такие нейроны воспроизводят архитектуру хроматина зрелых нейронов взрослого мозга.
Анализ показал, что нейроны, дифференцированные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, по своим хроматиновым свойствам ближе к клеткам-предшественникам нейронов, чем к зрелым нейронам. В этих клетках активные и неактивные участки генома разделены более отчетливо, а границы структурных доменов (участков, где ДНК взаимодействует сама с собой) содержат гены, связанные с развитием. При этом длинные репрессивные контакты, которые в зрелых нейронах подавляют гены на расстоянии, в искусственно выращенных нейронах выражены гораздо слабее. Сами структурные домены в таких нейронах меньше и имеют более плотную упаковку, что характерно для клеток-предшественников. Кроме того, в них снижена активность часто взаимодействующих регуляторных участков, которые в норме контролируют экспрессию генов.
«Полученные данные показывают, что нейроны, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток, не достигают зрелой архитектуры хроматина, характерной для взрослого мозга. Они сохраняют черты, присущие ранним стадиям развития, что ограничивает их использование для моделирования заболеваний с поздним началом, таких как, например, нейродегенеративные. Вместе с тем те же незрелые свойства делают их пригодными для изучения развития нервной системы и регуляторных механизмов, критических на ранних этапах онтогенеза», — сказала научный руководитель работы и доцент Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Екатерина Храмеева.
Эксперт также отметила, что создание базы данных карт 3D-генома нейрональных клеток человека и мыши позволило впервые систематически сравнить 3D-организацию генома дифференцированных нейронов, сопоставив их как с постмортальными нейронами, так и с клетками-предшественниками.
«Мы показали, что на каждом из уровней дифференцированные нейроны отличаются от зрелых и сохраняют профиль клеток-предшественников. Эти выводы дают исследователям практические критерии для выбора модели в зависимости от поставленной задачи: для одних вопросов дифференцированные нейроны подходят, для других — нет», — добавила первый автор работы и младший научный сотрудник Центра био- и медицинских технологий Сколтеха Диана Загирова.
