Перепрограмування та; свині; себе

Наталі Божан, Кетрін Мартін, Паскаль Дебі та Жан-Поль Ренар *

Епігенез тісно пов'язаний з регуляцією експресії генів. Це сприяє їх диференційованому вираженню як у часі, так і в просторі, а отже, бере участь у контролі їх активного або пригніченого стану. Згідно з добре відомою термінологією, епігенетичні модифікації - або епігенетичні знаки - є факторами, які модифікують експресію генів по-спадковому під час поділу клітин (при мітозі, навіть при мейозі), не маючи на увазі модифікації відповідних послідовностей нуклеотидів за Робіном Холлідей [1]). Ці позначення включають посттрансляційні модифікації (метилювання, ацетилювання, фосфорилювання та міристоїлювання) аміно-кінцевих частин гістонів, по суті гістонів H2A, H2B, H3, H4, які утворюють білкове ядро нуклеосом, метилювання ДНК, його локальна структура (положення нуклеосом) та великі відстані (організація в доменах), але також його ядерне розташування та період реплікації протягом S-фази (рис. 1, [2]) (→).

(→) м/с 2005, n ° 4, с. 371 та 384

Перепрограмування відображає здатність ядра змінювати репертуар генів, які воно зазвичай експресує в тканині, до якої воно належить. Цей термін використовує поняття "програма", створене Франсуа Якобом та Жаком Моно для позначення послідовності інформації, яка одночасно визначена в геномі, залежить від часу і необхідна для синтезу білка. Це передбачає переорієнтацію потоку інформаційної послідовності. Нещодавнє визначення пропонує визначити перепрограмування як "молекулярне домінування одного типу клітин над іншим, що призводить до надання ядру характеристик домінантного типу клітини" [4]. Це визначення враховує визначальну роль цитоплазматичного середовища, добре продемонстровану в експериментах перенесення зародкового або соматичного ядра в цитоплазму енуклейованого ооцита (домінуючий тип клітини).

Перші експерименти з перепрограмування зараз датуються півстоліттям (1952 р.), Коли Бриггс і Кінг отримали пуголовка після пересадки ядра бластули в енуклейований ооцит жаби [5]. Через десять років лабораторія Дж. Гурдона дала кілька дорослих жаб, але з меншими врожаями, використовуючи диференційовані клітини з кишкової ендодерми [6, 7]. Ці новаторські експерименти показали, що навіть якщо врожайність зменшувалась із прогресуванням донорської клітини до диференційованого стану, цей стан демонстрував певну "пластичність", і вимирання характерних генів не було незворотним, оскільки їх експресія могла, бути реактивованим.

Повна послідовність програми розвитку з ядер диференційованих соматичних клітин дорослих досі була досягнута лише у ссавців. Невелика частка відновлених ембріонів, менше 10%, здатні, в найкращих випадках, народити життєздатних молодняків, і приблизно третина цих молодих людей гине протягом днів після народження. Однак більшість із тих, хто виживає, мабуть, можуть розвиватися цілком нормально [8]. Існування цих кількох тварин (рис. 2) демонструє, що цитоплазма ооцита може повністю перепрограмувати активність соматичного ядра.

Низькі показники розвитку, отримані після клонування, зумовлені як ятрогенними ефектами використовуваних методів, так і дефектами перепрограмування чужорідного ядра [9]. Перші події, що відбуваються після введення ядра в цитоплазму ооцитів, справді є вирішальними. Зокрема, ми показали, що первинний розрив оболонки донорського ядра представляється важливим [10, 11] для забезпечення тісного контакту між донорським хроматином та цитоплазмою-реципієнтом. Безумовно, саме з цієї причини, а також через синхронізацію між клітинним циклом донорської клітини та цитоплазмою-реципієнтом [12], перехід соматичного ядра в мітоз супроводжується помітним збільшенням швидкості ембріонів, що розвиваються до стадії бластоцисти. Однак перепрограмування залишається складним процесом, оскільки навіть за цих умов темп розвитку термінів дуже низький (→).

(→) м/с 2002, n ° 2, с. 169

До успіху клонування пластичність диференційованого стану вже вивчалася у 1980-х роках за допомогою гетерокаріонів, продуктів стабільного злиття двох диференційованих типів клітин. Зокрема, злиття первинних клітин з трьох ембріональних ліній (ентодерми, мезодерми та ектодерми) з первинними м’язовими клітинами миші показало, що для всіх цих типів клітин раніше тихі м’язові гени можуть бути відновлені за відсутності синтезу ДНК [13 - 15]. Ці експерименти продемонстрували важливу роль діалогу між цитоплазмою та ядром для модифікації диференційованого стану [16]; вони також показали, що модифікації метилювання ДНК були суттєвими для цих модифікацій профілю експресії [17].

Зовсім недавно повідомлялося, що контакт ядер фібробластів з екстрактами цитоплазми Т-клітин викликає експресію генів, специфічних для Т-клітин [18]. Навіть якщо ці експерименти ще не змогли відтворити інші лабораторії, очевидно, що такий підхід може дати можливість визначити цитоплазматичний фактор (фактори), відповідальний за це "перепрограмування".

Ще нещодавно були створені гетерокаріони між тимоцитами миші, клітинами на завершальній стадії диференціації та плюрипотентними клітинами ES. Здається, ген маркера плюрипотентних клітин, жовтень 4, вимикається в тимоцитах і реактивується в гетерокаріонах, тоді як активні гени тимоцитів, такі як Thy-1 та c-myc, вимикаються в гетерокаріонах. Тонкий аналіз профілю метилювання ДНК та модифікацій гістонів, наявних у промоторних областях цих генів, передбачає модель "перепрограмування ядер", при якій модифікації гістонів та встановлення деконденсованої структури гена. Хроматин був би важливим проміжним етапом, тоді дозволяючи встановити на хроматині активаторні або репресорні комплекси, специфічні для кожного з розглянутих генів [19].

Будь то у земноводних чи ссавців, перепрограмування хроматину передбачає значні переміщення білків між донорським ядром та реципієнтною цитоплазмою [20, 21]. Наприклад, у випадку ксенопу 75% ядерних білків втрачається донорським ядром, і ці нуклеоцитоплазматичні обміни супроводжуються значним набряком ядра, різким зменшенням його вмісту гетерохроматину та зникненням функціонального ядерце [22, 23].