плюрипо. Плюрипотентные клетки эпигенетическая регуляция
 Скачать 19.63 Kb.
|
|
Плюрипотентные клетки: эпигенетическая регуляция Введение Плюрипотентность - способность к дифференцировке в разные виды соматических клеток, в условиях in vitro и in vivo, неограниченный пролиферативный потенциал с сохранением фенотипа. Плюрипотентность – это свойство клеток дифференцироваться в производные всех трех первичных зародышевых листков: эктодермы, энтодермы и мезодермы, а также образовывать во время эмбрионального развития клетки-предшественники функциональных гамет. Плюрипотентными являются клетки внутренней клеточной массы (ВКМ) и эпибласта предымплантационных эмбрионов млекопитающих. Основная часть Одним из актуальных вопросов современной медицины является изучение роли стволовых клеток для организма. В настоящее время появились доказательства того, что регенерация тканей в течение всей жизнедеятельности живых организмов происходит благодаря стволовым клеткам. Основными свойствами эмбриональных стволовых клеток являются их плюрипотентность. На сегодняшний день известно, что поддержание плюрипотентного статуса клеток предымплантационных эмбрионов и ЭСК (эмбриональные стволовые клетки) обеспечивается сложной системой поверхностных клеточных белков, их молекулярных сигнальных путей и транскрипционных факторов, инициирующих транскрипцию геновмишеней. Подсистема так называемых «внешних регуляторов плюрипотентности» включает в себя несколько сигнальных путей, основными из которых являются каскады, запускаемые белками LIF, BMP4, tGFβ, активином A, nODAL и bFGF (FGF2). Другая подсистема, регулирующая плюрипотентность ЭСК, – подсистема «внутренних регуляторов плюрипотентности» – транскрипционных факторов, действующих в ядрах клеток. К числу ключевых регуляторов в данной подсистеме относятся факторы Oct4, nAnOG и SOX2. Эпигенетическая регуляция Эпигеном (приставка «эпи-» в переводе с греческого означает «над») представляет собой своеобразный регуляторный слой, расположенный как бы «над» геномом клетки. Условно говоря, эпигеном раздает команды, какие гены должны работать (экспрессироваться), а какие - отдыхать (или «молчать», то есть находиться в состоянии сайленсинга). Эпигенетика — сравнительно молодое направление науки. Впервые этот термин в 1942 году употребил английский ученый Конрад Уоддингтон. Изучая ряд закономерностей, научное сообщество пришло к выводу, что функции живого организма не обусловлены одной только закодированной в генах информацией, а во многом служат ответом на сигналы из окружающей среды. Эпигенетика опирается на варианты нормы, представленные модификациями. Каждое из нарушений эпигенома имеет не меньшее значение, чем генетические нарушения, и выступает эпигенетическим эквивалентом генетической мутации. Однако, несмотря на всю свою значимость, эпигенетика всё равно остается вторичной по отношению к генетике, ее младшей сестрой, ответвлением, а не самостоятельной наукой. Поскольку основным носителем наследственной информации является геном, эпигенетические механизмы могут только управлять работой тех или иных генов, исходя из имеющегося в наличии материала. Эпигеном служит механизмом контроля реализации генетической информации, что осуществляется посредством модификаций отдельных нуклеотидов. Плюрипотентность клеток поддерживается сложнейшей системой, включающей генетический и эпигенетический уровни. ЭСК обладают практически неограниченным потенциалом к самообновлению и дифференцировке в широкий спектр клеточных типов. При дифференцировке клеток происходит глобальное изменение морфологии, физиологии, скорости деления клеток и других параметров. В настоящий момент известно, что экспрессия генов жестко регулируется на эпигенетическом уровне. Эпигенетическая регуляция включает в себя ковалентные модификации гистонов (белков, образующих нуклеосомы) и метилирование ДНК промоторных областей генов. Модификации гистонов меняют физические свойства нуклеосом, делая хроматин больше или меньше доступным для факторов, обеспечивающих транскрипцию генов. Выделяют модификации, ассоциированные с активным хроматином и активно транскрибирующимися генами, и модификации, ассоциированные с неактивным хроматином и чаще всего связанные с подавлением транскрипции. Реорганизация хроматина является неотъемлемой частью активации генетических программ, реализация которых определяет направление дифференцировки стволовых клеток как in vivo, так и in vitro. Основными компонентами системы эпигенетической регуляции ЭСК являются белки группы Polycomb (PcG) (Ringrose and Paro, 2004). PcG образуют два независимых комплекса: PRC1 (Polycomb repressive complex) и PRC2. Мишенями для PRC являются множество генов, участвующих в дифференцировке и эмбриональном развитии. Особенности и применение плюрипотентных клеток В онтогенезе из плюрипотентных клеток формируется взрослый организм. Однако эти клетки не способны дать начало внезародышевым органам и тканям. Из клеток внутренней клеточной массы предымплантационных эмбрионов получают эмбриональные стволовые клетки (ЭСК) [2–4]. При сохранении оптимальных условий культивирования ЭСК в течение продолжительного времени могут сохранять ряд свойств, присущих клеткам внутренней клеточной массы и эпибласта эмбриона, в том числе плюрипотентность. Плюрипотентность ЭСК делает их перспективными объектами для фундаментальных и прикладных исследований. ЭСК используют в качестве модельных систем при изучении процессов, происходящих в раннем эмбриогенезе млекопитающих, а также для моделирования заболеваний in vitro. Кроме того, плюрипотентные клетки служат перспективным источником материала для заместительной клеточной терапии. Заключение Управления эпигенетическими модификациями, минимизировать действие неблагоприятных факторов и обеспечить оптимальные условия для существования клетки. Ключ к разгадке наследственных патологий, продлению жизни, управлению полезными свойствами живых организмов — всё это сулит эпигенетика. Изучение эпигенетических закономерностей открывает для биологии двери в лабиринты познания, где можно найти ответы на многие неразрешимые вопросы современной науки. Уже сегодня можно без преувеличения сказать, что открытия в области эпигенетики в скором времени поднимут биологическую науку на качественно новый уровень развития, и это кардинальным образом изменит саму человеческую цивилизацию. Список литературы Алексеенко Лариса Леонидовна Реакция стволовых клеток человека на тепловой стресс 03.03.04 – Клеточная биология, цитология, гистология Диссертация на соискание ученой степени кандидата биологических наук - http://www.cytspb.rssi.ru/referates/2014-04-18_alexeenko_dissertation.pdf Алабушева Н.П., Лукьянова Л.С., Петрушина А.Ю. ПЕРСПЕКТИВЫ ИЗУЧЕНИЯ СТВОЛОВЫХ КЛЕТОК // Научное сообщество студентов: МЕЖДИСЦИПЛИНАРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ: сб. ст. по мат. XIII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 2(13). URL: https://sibac.info/archive/meghdis/2(13).pdf (дата обращения: 21.11.2017) Берестяная А.Н. (2014). Метилирование как важнейший механизм эпигенетической регуляции у эукариот. Успехи современной биологии. 134, 363–376. Медведев С. П., Покушалов Е. А., Закиян С. М. Эпигенетика плюрипотентных клеток // Acta Naturae (русскоязычная версия). 2012. №4 (15). URL: http://cyberleninka.ru/article/n/epigenetika-plyuripotentnyh-kletok (дата обращения: 21.11.2017). Boiani M., Scholer H.r. // nat. rev. Mol. cell Biol. 2005. V. 6. № 11. P. 872–884 Cohen D.E., Melton D. // nat. rev Genet. 2011. V. 12. № 4. P. 243–252. Evans M.J., Kaufman M.H. // nature. 1981. V. 292. № 5819. P. 154–156. Thomson J.A., Itskovitz-eldor J., Shapiro S.S., Waknitz M.A., Swiergiel J.J., Marshall V.S., Jones J.M. // Science. 1998. V. 282. № 5391. P. 1145–1147. |