Wissenschaftler der Northwestern Medicine haben kritische regulatorische Prozesse identifiziert, die die Differenzierung in embryonalen Stammzellen regeln, laut einer Studie, die in veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences.
„Der Set1A-Komplex ist für das Überleben embryonaler Stammzellen erforderlich, und jetzt wissen wir warum“, sagte Bercin Cenik, MD, Ph.D., Postdoktorand im Labor von Shilatifard und Hauptautor der Studie.
Ali Shilatifard, Ph.D., Robert-Francis-Furchgott-Professor, Lehrstuhl für Biochemie und Molekulargenetik, Professor für Pädiatrie, Direktor des Simpson-Querrey-Instituts für Epigenetik und Mitglied des Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center der Northwestern University, war Seniorautor der Studie.
Der COMPASS-Komplex von Proteinen, die mit der Set1-Familie (COMPASS) assoziiert sind, ist entscheidend für die epigenetische Genregulation – den Prozess der Expression bestimmter Gene zu bestimmten Zeiten. COMPASS methyliert Histone, die Proteine, um die die DNA verpackt ist, ein Prozess, der kontrolliert, welche Gene für die Transkription und eventuelle Expression verfügbar sind.
Set1A ist ein Mitglied der COMPASS-Familie, aber frühere Studien im Labor von Shilatifard hatten gezeigt, dass es für embryonale Stammzellen besonders wichtig ist. Zellen, denen andere Mitglieder der COMPASS-Familie fehlten, hatten kleinere Probleme, aber Stammzellen, denen Set1A fehlte, überlebten überhaupt nicht.
In der aktuellen Studie führten die Forscher ein genomweites Screening mit CRISPR-Cas9-Geneditierung durch, wobei jedes Gen im Säugetiergenom einzeln aus Paaren embryonaler Stammzellen gelöscht wurde – eine normale Zelllinie und eine, bei der die enzymatische Aktivität von Set1A entfernt wurde.
Ein Gen namens ING5 – das für dasselbe Protein kodiert – war der Top-Hit und zeigte ein signifikant reduziertes Zellüberleben, wenn es in Set1A-mutierten Zellen gelöscht wurde. Interessanterweise hatte der gleichzeitige Verlust von Set1A und ING5 laut Cenik einen anderen Effekt als der Verlust von einem von beiden allein.
„Sie sehen eine Hochregulierung einiger differenzierungsassoziierter Gene, aber nur in Regionen, die von beiden Proteinen besetzt sind“, sagte Cenik. „Dies deutet darauf hin, dass sie als genetische Interaktoren fungieren und zusammen auf Chromatin funktionieren.“
Die Aufdeckung der nachgeschalteten Interaktoren von Set1A ist entscheidend, um zu lernen, wie Defekte in embryonalen Stammzellen zu Krankheiten beitragen können, insbesondere bei Erkrankungen des Nervensystems wie Epilepsie und Schizophrenie. In Zukunft hofft Cenik, die Fähigkeit von Set1A-negativen Stammzellen zu testen, sich in Neuronen oder Herzzellen zu differenzieren, in der Hoffnung, einen Phänotyp zu entdecken, der einer bei Patienten beobachteten Krankheit ähneln könnte.
„Wir haben einige Befunde gesehen, die neurologischen Entwicklungskrankheiten ähneln, also wäre es eine Möglichkeit, diese Verbindung aufzuklären, wenn man diese Zellen nimmt und sie in Neuronen differenziert“, sagte Cenik.
Bercin K. Cenik et al., Ein synthetischer Letalitätsscreen enthüllt ING5 als eine genetische Abhängigkeit von katalytisch totem Set1A/COMPASS in embryonalen Stammzellen der Maus, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2118385119