Разъяснение того, как устроены кровеносные сосуды человека, крайне необходимо для развития регенеративной медицины. Совместная исследовательская группа из Университета Кумамото, Университета Киото и Университета Токио в Японии изучила изменения функций генов, которые происходят, когда стволовые клетки становятся клетками сосудов. Они обнаружили, что гистоновый код, который изменяет состояние транскрипции гена, изменяется со временем, поскольку стволовые клетки дифференцируются в кровеносные сосуды в ответ на стимул. Кроме того, они обнаружили, что группа факторов транскрипции, необходимая для дифференциации кровеносных сосудов (ETS / GATA / SOX), играет ранее неизвестную роль.
Регенеративная медицина добилась значительного прогресса благодаря исследованиям эмбриональных стволовых (ES) клеток и индуцированных плюрипотентных стволовых (iPS) клеток. Однако механизм построения кровеносных сосудов из этих недифференцированных клеток еще не выяснен. Во время создания новых кровеносных сосудов белок фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) дифференцирует стволовые клетки в эндотелиальные клетки сосудов и стимулирует их к созданию новых кровеносных сосудов. Исследователи из Университета Кумамото добавили VEGF к недифференцированным ES-клеткам и отслеживали поведение всего генома и изменения эпигенома с течением времени in vitro.
Используя ES-клетки, разработанные в Центре исследования и применения iPS-клеток (CiRA) в Университете Киото, исследовательская группа собрала РНК и гистоны каждой клетки сразу после стимуляции VEGF (0 ч), перед дифференцировкой (6 ч), во время дифференцировки (12 часов). – 24 ч) и после дифференциации (48 ч). Затем они всесторонне проанализировали изменения во всем геноме и эпигеноме, используя глубокое секвенирование следующего поколения.
В процессе дифференцировки кровеносных сосудов функция белка ETS вариант 2 (ETV2), который определяет дифференцировку в эндотелий сосудов, была впервые индуцирована в течение 6 часов после стимуляции дифференцировки. Сразу после этого индуцировался белок GATA2, который связывается с ETV2 и поддерживает дифференцировку эндотелия сосудов. Факторы транскрипции SOX и FLI1, оба важные для дифференцировки эндотелия, индуцировались между 12 и 24 часами. Через 48 часов после определения дифференцировки в эндотелий сосудов была установлена система транскрипции, в которой индуцировались гены, уникальные для дифференцировки эндотелия сосудов.
Кроме того, исследование гистонового кода показало, что регуляторная геномная область факторов транскрипции (ETS / GATA / SOX) постепенно переключалась с "тормозной гистоновый знак," который подавляет транскрипцию, "гистоновая метка ускорителя," который активирует транскрипцию в процессе дифференцировки в эндотелий сосудов. Ранее считалось, что в области, которая контролирует функцию фактора транскрипции, который способствует дифференцировке от ES-клеток к конкретному типу клеток, сосуществуют двухвалентные модификации гистонов, такие как метки гистонов-ускорителей и тормозных гистонов для транскрипции.
Кроме того, когда эти факторы транскрипции теряют свою функцию, терминальная дифференцировка в эндотелий сосудов (завершение дифференцировки) полностью подавляется, и отрицательно индуцируются гены, которые являются ключевыми для дифференцировки в эндотелиальные клетки сосудов, а также факторы транскрипции, которые поддерживают недифференцированное состояние. В совокупности факторы транскрипции (ETS / GATA / SOX) не только вызывают дифференцировку эндотелия сосудов, но также подавляют регрессию в недифференцированное состояние и дифференцировку в другие эктодермальные клетки или клетки, происходящие из энтодермы.
Ожидается, что знание функций этих факторов транскрипции в сочетании с методами редактирования генов позволит эффективно восстанавливать кровеносные сосуды.