Чтобы вырастить сердце недостаточно только кодирующего белок участка ДНК

Чтобы вырастить сердце недостаточно только кодирующего белок участка ДНК

Помните, раньше мы думали, что большая часть генома человека была бесполезной ДНК? Потому что, когда ученые впервые выстроили ее последовательность, они определили, что имеется только 3% ДНК для кодирования белков, строительных блоков жизни. После этого, они открыли некоторые удивительных вещи о некодирующих участках ДНК. В новом исследовании, опубликованном на этой неделе, команда описывает, как некоторые из них кодируют генетический фрагмент длинных некодирующих РНК (или lncRNA), который управляет судьбой стволовых клеток, которые дифференцируются в различные виды сердечных клеток. Без этой жизненно важной части генетического кода сердце не могло бы существовать вообще.

В исследовании, опубликованном 24 января в онлайн журнале Cell, биологи из Массачусетского технологического института (MIT) описывают, как они определили эту важную роль lncRNA и окрестили ее «храбрым сердцем». «Храброе сердце» контролирует трансформацию стволовых клеток в клетки сердца. В последние годы ученые обнаружили области в ДНК, которые не выдают инструкции, как производить белки, а кодируют белки для производства lncRNA молекул, которые помогают контролировать включение и выключение генов в клетках.

Но хотя тысячи этих генетических фрагментов были обнаружены, об их конкретной роли известно очень мало. Команда MIT предполагает, что фрагмент, который они назвали «храброе сердце», контролирует преобразование стволовых клеток в клетки сердца, при дифференциации эмбриональных стволовых клеток.

Потенциальные новые возможности для развития регенеративных препаратов

Несмотря на то, что открытие произошло благодаря стволовым клеткам мышей, ученые считают, что, то же самое происходит и в организме человека. Если это окажется так, то изучение lncRNA может привести к новому скачку в развитии регенеративных препаратов для лечения повреждений сердца в результате старения или сердечно-сосудистых заболеваний.

Соавтор исследования Карла Клаттенгоф, постдок в отделении биологии Массачусетского технологического института, говорит в своем заявлении: «Это позволит нам открыть новую дверь к тому, что мы могли бы сделать, и как мы могли бы использовать lncRNA, чтобы вызвать образование специфических типов клеток, которые не были изучены ранее».

«Храброе сердце» необходимо при разблокировке основного гена для дифференциации клеток сердца

Команда решила исследовать «храброе сердце», потому что этот фрагмент найден в большом количестве в эмбриональных стволовых клетках и в дифференцирующих клетках сердца. В своем исследовании они показали, как мышиные эмбриональные стволовые клетки, которые не имеют достаточного количества lncRNA, не могут производить ни один из трех основных типов клеток сердечно-сосудистой системы, ни кардиомиоциты (которые выстилают сердечную мышцу), ни гладкомышечные и эндотелиальные клетки.

Они также обнаружили, что без «храброго сердца» Mesp1, основной ген, который регулирует сердечно-клеточную дифференциацию у позвоночных животных, не работает. Когда он работает, Mesp1 включает каскад сотни генов, которые необходимы для развития сердца. Похоже, что «храброе сердце» управляет каскадом путем воздействия на белковый комплекс PRC2, который обычно находится в верхней части ДНК, блокируя Mesp1 и другие гены, которые важны для развития сердечных клеток. Когда «храброе сердце» присутствует, Mesp1 включает процесс развития сердца.

Что дальше?

Рамин Шиехаттар, профессор по изучению регулирования и экспрессии генов в Вистарском институте в Филадельфии, не принимал участия в проведении исследования. «Этот доклад, безусловно, первый шаг к тому, что мы должны сделать, а именно, более фундаментально подойти к биологической роли этих некодирующих РНК». Он говорит, что следующим шагом будет расшифровка детальных механизмов «храброго сердца», и испытание того, что происходит, когда этот фрагмент у живых мышей отключен.

Команда MIT говорит, что некодирующие РНК могут объяснить, почему человеческое сердце является более сложным механизмом, чем, скажем, сердце мухи. Хотя многие из генов для кодирования белков сердца являются одинаковыми у этих двух видов. «Мы считаем, что дополнительная сложность может исходить от некодирующей части генома, и мы думаем, что в этом участвует lncRNA» — говорит соавтор исследования Джоанна Шуерманн, постдок в отделении биологии Массачусетского технологического института.

Сейчас команда находится в поиске других некодирующих РНК, которые играют роль в развитии сердца у мышей, и их эквивалентов для человека. Они еще не определили аналог «храброго сердца» для человека. «Это не удивительно», — говорит Клаттенгоф, — «Учитывая, что длинные некодирующие РНК, как правило, развиваются быстрее, чем гены, которые кодируют белки».

Но команда ожидает, что в конечном итоге они смогут определить множество новых некодирующих РНК, которые имеют важное значение для развития человеческого сердца, а также, определят мутации, которые влияют на развитие сердечно-сосудистых заболеваний.

Исследование финансировалось Фондом исследований в области онкологии Деймона Раньона, Национальным институтом здравоохранения, Премией Уоткинса, Научно-исследовательским фондом по биологии, Европейской организацией молекулярной биологии, а также Фондом Ричарда и Сюзан Смит.

В сентябре 2012 года, в журналах Nature, Science и других журналах опубликовано около 30 ошеломляющих работ твердо отвергающих идею «бесполезной ДНК».


Источник:
medicalnewstoday.com