Eine Gruppe von Wissenschaftlern hat herausgefunden, dass eine der Komponenten des Polycomb-Typs des Transkriptionsrepressorkomplexes (PRC), Phc1 (Rae28), den Chromatinzustand von Zellen reguliert und eine entscheidende Rolle bei der Umwandlung undifferenzierter Zellen in Nervenzellen spielt Vorläuferzellen (Abb. 1). Die Forschungsergebnisse des Nara Institute of Science and Technology (NAIST), des National Cardiovascular Center und des Kinki Block Blood Center des Japanischen Roten Kreuzes wurden in der Ausgabe der Zeitschrift vom 20. Oktober 2023 veröffentlicht iScience.
In den Anfangsstadien der Differenzierung embryonaler Stammzellen (ES-Zellen) und iPS-Zellen begann man, die Zellen in Gruppen wie Ektoderm, Mesoderm und Endoderm einzuteilen. Der Prozess erfordert spezifische Moleküle (sogenannte „neurale Induktoren“), die den Zellen signalisieren, sich in Neuroektoderm umzuwandeln. Da Zellen nach der Differenzierung nicht mehr in ihren undifferenzierten Zustand zurückkehren können, wurde angenommen, dass sich ihre Genomstruktur erheblich verändert, die Einzelheiten dieser Transformation waren jedoch nicht klar.
Das Forschungsteam stellte systematisch Knockout-Zellen der PRC-Gene her und kam zu dem Schluss, dass das Protein Phc1 (Rae28) ein entscheidendes Komponentenprotein für die Differenzierung in das Neuroektoderm ist. Phc1-defiziente ES-Zellen können nicht auf neuronale Induktoren reagieren und bleiben im undifferenzierten Zustand (Abb. 2). Andererseits kann Phc1 normalerweise in mesodermale und endodermale Zellen differenzieren; Daher ist Phc1 besonders für die neuroektodermale Differenzierung notwendig.
Darüber hinaus zeigte ein Vergleich des Chromatinstatus von normalen und Phc1-defizienten Zellen, dass die Chromatinstruktur der pluripotenten Gene in den Phc1-defizienten Zellen locker blieb, was das Fortschreiten der Differenzierung hemmte. Es ist daher offensichtlich, dass Phc1 die Chromatinzustände steuert und Zellen die Fähigkeit (Kompetenz) verleiht, auf neuronale Induktoren zu reagieren.
Es wird erwartet, dass diese Methode in Zukunft bei der Entwicklung gezielter Zelldifferenzierungstechniken nützlich sein wird.
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Agnes Lee Chen Ong et al., Erwerb des neuronalen Schicksals durch Kombination von BMP-Blockade und Chromatinmodifikation, iScience (2023). DOI: 10.1016/j.isci.2023.107887
Bereitgestellt vom Nara Institute of Science and Technology