Секрет бессмертия стволовых клеток кроется в их метаболизме

13.09.2016 Наука и жизнь

Особенности обмена веществ оказывают помощь стволовым клеткам поддерживать собственную ДНК в «распакованном» состоянии, нужном для постоянного обновления.

Не смотря на то, что стволовые клетки исследуется на данный момент в клеточной и молекулярной биологии как ничто второе – за внимание биологов с ними смогут поспорить разве что нейроны и раковые клетки – мы до сих пор не в полной мере понимаем, что даёт им возможность оставаться всегда юными и избегать специализации. (Отметим, что стволовые клетки не делают никакой специальной работы, они лишь всегда делятся, а вот их потомки смогут дифференцироваться в клетки различных рабочих типов.)

Мышечная стволовая клетка, секретирующая внеклеточный матрикс. (Фото Dennis Kunkel Microscopy, Inc / Visuals Unlimited / Corbis.) Эмбриональные стволовые клетки человека. (Фото Dennis Kunkel Microsopy, Inc. / Visuals Unlimited / Corbis.)‹ ›

Разумеется, стволовое состояние обуславливается изюминками генетической настройки: какие-то гены трудятся, какие-то – нет, и таковой спектр трудящихся и неработающих генов в принципе резко отличается от того, что возможно отыскать в простых клетках.Секрет бессмертия стволовых клеток кроется в их метаболизме В большинстве случаев тут говорят об эпигенетических механизмах, каковые смотрят за доступностью разных участков ДНК для клеточных молекулярных автомобилей. В случае если ДНК доступна для считывания с неё мРНК – значит, ген активен; в случае если ДНК «заархивирована», недоступна для белков – ген молчит.

Архивацию генома делают белки гистоны, каковые, взаимодействуя ДНК, образуют хроматин. Особые ферменты смогут прикреплять либо отсоединять от гистонов метильные группы, и такая модификация приводит к уплотнению либо, напротив, разрыхление хроматина – а это значит, что ДНК в комплексе с гистонами делается более либо менее дешёвой для молекулярных манипуляций. Метилирование гистонов является одним их основных эпигенетических механизмов регуляции генетической активности.  

Сами же метильные группы имеется продукт метаболических реакций. И вот исследователям из Рокфеллеровского университета (США) пришла в голову идея, что сам обмен веществ стволовых клеток оказывает помощь им оставаться в таком состоянии. Особенность их ДНК в том, что практически вся она доступна для считывания, другими словами, в случае если принять догадку о метаболизме, в клетках неизменно должны образовываться какие-то вещества, каковые поддерживали бы хроматин в «разархивированном» виде.

В лабораториях стволовые клетки культивируют в разных питательных средах. Брюс Кэри (Bryce Carey) и его сотрудники увидели, что мышиные эмбриональные стволовые клетки (в случае если возможно так сообщить, самые бессмертные и самые «всемогущие», так как они смогут дать начало полностью любому второму типу клеток) лучше растут на одной среде, и хуже – на другой. Лучше в этом случае свидетельствует то, что клетки продолжительнее сохраняли собственные стволовые свойства, что у них лучше получалось самообновляться.

Оказалось, что клетки, росшие на «хорошей» среде, обходились без аминокислоты глутамина. Из неё получается альфа-кетоглутарат, что, со своей стороны, занимает важное место в цикле Кребса, либо цикле трикарбоновых кислот. Так именуют наиболее значимый этап клеточного дыхания, другими словами расщепления биомолекул с целью получения энергии. Иначе, цикл Кребса помогает ещё и поставщиком множества молекул-предшественников, каковые направляются уже в синтетические реакции.

Словом, это наиболее значимая узловая станция клеточного метаболизма.  

Но роль альфа-кетоглутарата одним циклом Кребса не исчерпывается. Было продемонстрировано, что он участвует в регуляции метилирования хроматина. И не смотря на то, что клетки не получали глутамин для производства альфа-кетоглутарата, они всё равняется его откуда-то брали, причём много.

Оказалось, что у них реакция цикла Кребса, в которой производное глутамина преобразовывалось во что-то второе. Лишний накапливающийся альфа-кетоглутарат отправлялся к ферментам, занимающимся перестройкой хроматина – тут он стимулировал реакцию очистки гистонов от метильных групп и, как следствие, активацию ДНК. По причине того, что цикл Кребса лишался данной молекулы, рост клетки имел возможность бы легко замедлиться – так как цикл, напомним, играется серьёзную энергетическую роль.

Но клетка имела возможность благодаря таковой метаболической уловке поддерживать «вечную юность», сохраняя целый геном распакованным.

Само собой разумеется, тут возможно заявить, что всё дело опять в их регуляции и генах: легко на «хорошей» среде росли клетки, у которых был генетический блок на упомянутую выше реакцию цикла трикарбоновых кислот. Но в случае если альфа-кетоглутарат додавали к клеткам, каковые росли на «нехорошей» среде, то их способности к самообновлению заметно увеличивались. В статье в Nature авторы пишут, что им удалось кроме этого подметить трансформации в активности некоторых генов, происходившие именно из-за присутствия либо отсутствия альфа-кетоглутарата в среде.

Само собой разумеется, и раньше было как мы знаем, что стволовая клетка – это не «вещь в себе», что она прислушивается к окружающей среде и меняет собственные свойства ввиду внешних изменений. Но в этом случае удалось показать, как не весьма сложная химическая молекула извне может оказать влияние на одно из основных особенностей стволовой клетки – её неспособность стареть, оставаясь возможно бессмертной.

Другими словами через питательную среду мы можем руководить стволовой культурой; пересадив же такие клетки в организм, можем оказывать влияние на них через обмен веществ, не прибегая к сложным генетическим манипуляциям. Не смотря на то, что, само собой разумеется, без таких манипуляций не обойтись, и метаболический способ управления, если он войдёт в медицинскую и биологическую практику, присоединится к долгой череде способов работы со стволовыми клетками.

Создатель: Кирилл Стасевич

Источник: nkj.ru

Случайные записи:

Приправа корица целительные свойства секреты красоты для лица и волос 25 рецептов лечения корицей


Похожие статьи, которые вам понравятся: