Neuronii cultivați în laborator păstrează trăsături ale dezvoltării embrionare
Un studiu comparativ privind organizarea tridimensională a genomului în neuronii obținuți din celule stem pluripotente induse și în neuronii din creierul uman adult arată că neuronii cultivați în laborator nu ating arhitectura cromatinei caracteristică creierului matur. Cercetarea, publicată în revista Genome Research, a fost realizată de o echipă de la Institutul de Știință și Tehnologie Skoltech, împreună cu colegi de la Institutul Kharkevich pentru Probleme de Transmitere a Informației al Academiei Ruse de Științe, Universitatea de Stat Lomonosov din Moscova și alte organizații.
Celulele stem pluripotente induse sunt obținute din celule somatice adulte prin reprogramare genetică, care le readuce într-o stare similară celei embrionare. Din acestea pot fi derivați neuroni identici genetic cu donorul, ceea ce permite studierea în laborator a bolilor sistemului nervos. Până acum însă nu era clar cât de fidel reproduc astfel de neuroni arhitectura cromatinei din neuronii maturi ai creierului adult.
Autorii au colectat și prelucrat peste 300 de hărți tridimensionale ale genomului, acoperind 62 de mostre umane și 34 de mostre de șoarece, inclusiv date despre celule stem embrionare, celule stem pluripotente induse, progenitori neurali, neuroni fetali și post-mortem, precum și neuroni diferențiați in vitro. Lucrarea prezintă și cinci hărți tridimensionale noi ale genomului obținute de autori.
Analiza a arătat că neuronii diferențiați din celule stem pluripotente induse sunt mai apropiați, prin proprietățile cromatinei, de celulele progenitoare neuronale decât de neuronii maturi. În aceste celule, regiunile active și inactive ale genomului sunt separate mai clar, iar limitele domeniilor structurale — regiunile în care ADN-ul interacționează cu el însuși — conțin gene asociate dezvoltării. Totodată, contactele represive pe distanțe lungi, care în neuronii maturi suprimă expresia genelor, sunt mult mai puțin pronunțate în neuronii cultivați în laborator. Domeniile structurale sunt mai mici și mai dens împachetate, caracteristică celulelor progenitoare. În plus, se observă o activitate redusă a regiunilor reglatoare care interacționează frecvent și care în mod normal controlează expresia genelor.
„Rezultatele noastre arată că neuronii cultivați din celule stem pluripotente induse nu ating arhitectura matură a cromatinei caracteristică creierului adult. Ei păstrează trăsături tipice etapelor timpurii de dezvoltare, ceea ce le limitează utilizarea pentru modelarea bolilor cu debut tardiv, precum cele neurodegenerative. În același timp, aceste proprietăți imature îi fac potriviți pentru studierea dezvoltării sistemului nervos și a mecanismelor reglatoare critice în etapele timpurii ale ontogenezei”, a declarat Ekaterina Khrameeva, coordonatorul științific al lucrării și conferențiar la Centrul de Tehnologii Biomedicine de la Skoltech.
„Am creat o bază de date cu hărți tridimensionale ale genomului celulelor neuronale umane și de șoarece, disponibilă comunității de cercetare. Aceasta ne-a permis să comparăm sistematic, pentru prima dată, organizarea tridimensională a genomului neuronilor diferențiați, raportându-i atât la neuronii post-mortem, cât și la celulele progenitoare. Am arătat că, la fiecare nivel, neuronii diferențiați diferă de cei maturi și păstrează profilul celulelor progenitoare. Aceste concluzii oferă cercetătorilor criterii practice pentru alegerea modelului în funcție de sarcina de lucru: pentru unele întrebări neuronii diferențiați sunt potriviți, pentru altele nu”, a notat Diana Zagirova, primul autor al lucrării, cercetător științific junior la Centrul de Tehnologii Biomedicine de la Skoltech și absolventă a programului de masterat în științele vieții al Skoltech.
