Main results‎ > ‎Epi Genes Evo‎ > ‎

qeg703 rus

\bibitem{qeg703} Лопатина Т. Эпигенетический маркёр "стволовости" определяет развитие раннего эмбриона // Клеточная трансплантология и тканевая инженерия, Том II, No 2, 8-9 (2007). http://www.celltranspl.ru/news/news1026  на основе статьи
Maria-Elena Torres-Padilla, David-Emlyn Parfitt, Tony Kouzarides & Magdalena Zernicka-Goetz. Histone arginine methylation regulates pluripotency in the early mouse embryo // Nature 445, 214-218 (11 January 2007) | doi:10.1038/nature05458;
N&V Helen Dell. Developmental biology: Marked from the start // Nature 445, 157 (11 January 2007) | doi:10.1038/445157a;


Эпигенетический маркёр "стволовости" определяет развитие раннего эмбриона
 Лопатина Т. Рейтинг: 2.00     Оцените статью: 1 2 3 4 5     Просмотров: 1046,   комментариев: 0
Развитие млекопитающих, как известно, начинается с одной клетки, которая дает начало всем типам клеток и тканей. У мышей дифференцировка эмбриональных клеток происходит уже на стадии 4 бластомеров [1-3]. Отличия бластомеров зависят от их ориентации и порядка деления [4]. Так как известно, что эпигенетические маркеры (метилирование, ацетилирование)участвуют в поддержании плюрипотентности [5], было выдвинуто предположение об эпигенетическом различии первых бластомеров, что и влияет на их потенциал развития. Эпигенетические маркеры включают не только метилирование самой ДНК, но и метилирование аминокислот в белках, участвующих в упаковке ДНК – гистонах. Метилирование этих белков так меняет их структуру, что меняется и упаковка ДНК – она становится более или менее доступна для полимераз, поэтому может измениться и уровень транскрипции. 

Ученые из Великобритании - Torres-Padilla с коллегами, показали, что модификация гистона Н3, а точнее метилирование специфического аргининового остатка № 26 (H3R26me), связано с возможным развитием клетки и зародыша. Уровень этого специфического метилирования максимален на стадии 4 бластомеров в тех клетках, которые дадут начало внутренней клеточной массе бластоцисты. Минимален же этот уровень в клетках, из которых образуется трофэктодерма. Это указывает на то, что высокий уровень метилирования в раннем эмбриогенезе предрасполагает клетку к плюрипотентности. 

Чтобы проверить это предположение, ученые искусственно повышали экспрессию фермента - CARM1, осуществляющего метилирование аргинина 26 в гистоне Н3 в индивидуальных бластомерах. Трансформированные клетки формировали только внутреннюю клеточную массу бластоцисты и оверэкспрессируют Nanog и Sox2 – гены «стволовости». Таким образом, было найден новый потенциальный эпигенетический маркер плюрипотентности – специфическое метилирование гистона Н3. 

У млекопитающих деление первых двух клеток происходит в перпендикулярных направлениях: экваториальном (Е) и медиальном (М). Поэтому получается четырехклеточный эмбрион с разной ориентацией клеток относительно полярного тельца. Эти клетки различаются по уровню метилирования аргинина 26 в гистоне Н3 (H3R26me). Это специфическое метилирование часто ведет к активации транскрипции генов [6]. В тех бластомерах, где чаще был метилирован аргинин 26, (H3R26me), была показана усиленная транскрипция. Так как бластомеры различаются по порядку и ориентации деления (рис. 2), то исследователи проверили возможности их развития в зависимости от параметров деления первых двух клеток. Если первый из двух бластомеров делится медиально (М), а второй экваториально (Е) – (МЕ эмбрион), то первые дочерние клетки (М) дают начало в основном эмбриональным тканям (внутренней клеточной массе бластоцисты), а вторая пара больше участвует в формировании неэмбриональных тканей, то есть трофэктодермы. Надо заметить, что чаще в норме встречается именно такое деление – МЕ. Если же эмбрион ЕМ, то есть первое деление было в экваториальном направлении, бластомеры функционально не различаются, то есть могут давать начало любым клеткам. 

Исследователи пометили дочерние клетки одного из двух бластомеров двуклеточного эмбриона и показали, что после деления уровень метилирования в дочерних E и M клетках EM-эмбриона был одинаков, а в МЕ-эмбрионах М-клетки содержали больше сайтов метилирования H3R26, чем Е-клетки. Таким образом, в МЕ-эмбрионах можно предсказать возможное развитие бластомеров: высокий уровень метилирования H3R26 наблюдается в тех клетках, которые дадут начало эмбриональным тканям, и низкий – неэмбриональным. 

Вводя в 2 бласторема 2 разные метки, авторы проследили за порядком деления и за клетками апикальной и базальной сторон бластоцисты (см. рисунок). В ME эмбрионах базальные бластомеры (те, которые дальше всего стоят от полярного тельца) всегда имеют значительно более низкий уровень метилирования H3R26, чем апикальные. Искусственная стимуляция метилирования H3R26 в одном из двух бластомеров двуклеточного эмбриона приводила к тому, что меченые клоны этой клетки находились в эмбриональной части бластоцисты в 89 % случаев и формировали её внутреннюю клеточную массу. Не было ни одного эмбриона, где эти трансформированные (меченые) клоны находились бы только в неэмбриональной (наружной) части (рис 5). Авторы показали, что при мутации нарушающей функцию фермента вызывающего метилирование H3R26 (CARM1), все клетки занимают с равной вероятностью любое место в бластоцисте, то есть, определяющим является функция белка. Кроме того, что избыточная экспрессия CARM1 ведет к образовании эмбриональных тканей, она ещё и вызывает повышенное образование белков Nanog и Sox2 (маркёров эмбриональных стволовых клеток), в то время как экспрессия Cdx2 (маркера трофэктодермы) не меняется. 


Двойное мечение бластомеров позволяет следить за потомками первых двух бластомеров и за апикальными и базальными клетками бластоцисты. 

Таким образом, было показано, что эпигенетические различия появляются в бластомерах уже на стадии четырехклеточного эмбриона. Нельзя однозначно сказать, что действие метилтрансферазы CARM1, которое приводит к мультипотентности, – это только метилирование гистона Н3. Но можно утверждать, что это специфическое метилирование определяет потенции развития клетки: клетки с высоким уровнем метилирования H3R26 формируют внутреннюю клеточную массу бластоцисты, в них повышен уровень транскрипции, включая гены, вовлеченные в поддержание «стволовости», такие как Nanog и Sox2. Безусловно, чтобы утверждать роль метилирования в поддержании плюрипотентности, необходимы дальнейшие исследования, особенно в отношении других эпигенетических модификаций хроматина. 

  1. Fujimori T, Kurotaki Y, Miyazaki J, Nabeshima Y. Analysis of cell lineage in two- and four-cell mouse embryos. Development, 2003; 130(21): 5113-22.
  2. Piotrowska K, Wianny F, Pedersen RA, Zernicka-Goetz M. Blastomeres arising from the first cleavage division have distinguishable fates in normal mouse development. Development 2001; 128(19):3739-48.
  3. Piotrowska-Nitsche K, Perea-Gomez A, Haraguchi S, Zernicka-Goetz M. Four-cell stage mouse blastomeres have different developmental properties. Development 2005; 132(3): 479-90.
  4. Piotrowska-Nitsche, K. and M. Zernicka-Goetz, Spatial arrangement of individual 4-cell stage blastomeres and the order in which they are generated correlate with blastocyst pattern in the mouse embryo. Mech Dev 2005; 122(4):487-500.
  5. Li, E. Chromatin modification and epigenetic reprogramming in mammalian development. Nat Rev Genet, 2002; 3(9): 662-73.
  6. Bauer UM, Daujat S, Nielsen SJ, Nightingale K, Kouzarides T. Methylation at arginine 17 of histone H3 is linked to gene activation. EMBO Rep 2002; 3(1): 39-44.

Comments