Наследуемые изменения в фенотипе или экспрессии генов, вызываемые механизмами, отличающимися от смены последовательности ДНК, относят к эпигенетическим. Такие изменения могут оставаться видимыми в течение нескольких клеточных поколений или даже нескольких поколений живых существ. В случае эпигенетического наследования не происходит изменения последовательности ДНК, и в регуляции активности генов участвуют другие генетические факторы. Примером эпигенетического влияния является процесс дифференцировки клеток, во время которого тотипотентные стволовые клетки становятся плюрипотентными линиями клеток, которые в тканях эмбриона достигают полной дифференциации.
Стало известным, что витамины А и С не только обеспечивают важнейшие метаболические процессы в организме, но и участвуют в регуляции генетических механизмов. Так, исследователи Института Бабрахам (Babraham Institute), Великобритания, совместно с их иностранными коллегами изучили механизм модифицирующего влияния витаминов А и С на эпигенетическую клеточную память. Результаты исследования, опубликованные в издании «Proceedings of the National Academy of Sciences» 11 октября 2016 г., раскрывают новое понимание механизмов перепрограммирования клеточных популяций и, таким образом, расширяют возможности регенеративной медицины, позволяя управлять направлением дифференцировки клеток.
Клеточная идентичность устанавливается на уровне ДНК, подчиняясь эпигенетическим влияниям. Эти факторы не изменяют порядок генетического ДНК-шифра, однако контролируют, какая часть генома может быть «считана» и доступна изменениям. Следовательно, каждый определенный тип клеток имеет свой уникальный эпигенетический «след», поддерживающий сохранение специфических паттернов генетической экспрессии, характерных для конкретного типа клеток. Поэтому для изменения клеточного развития в сторону плюрипотентности эпигенетический фактор должен быть деактивирован.
Исследователи Института Бабрахам, Великобритания, Университета Штутгарта (University of Stuttgart), Германия, и Университета Отаго (University of Otago), Новая Зеландия, сосредоточили внимание на изучении влияния витаминов А и С на процесс «стирания» из генома следов эпигенетического воздействия. В частности, изучен механизм эпигенетической модификации, при котором метильная группа присоединяется к цитозиновой последовательности ДНК. Известно, что в популяции эмбриональных клеток наблюдается низкий уровень подобного цитозин-метилирования, а для дифференцированных клеток такой своеобразный маркер наиболее характерен. Таким образом, деметилирование представляется наиболее важным этапом в достижении клеткой плюрипотентности и деактивации эпигенетических влияний.
Для получения возможности изменять направленность этого процесса ученые исследовали молекулярные сигналы, управляющие активностью группы ТЕТ-ферментов (TET-enzymes), которые непосредственно осуществляют деметилирование. Так, выявлено, что витамин А способствует блокированию эпигенетических влияний за счет повышения концентрации активных ТЕТ-ферментов в клетке, что означало активацию удаления метильных групп из цитозиновых фрагментов ДНК. В отличие от этого, витамин С также влиял на процесс деметилирования, однако путем активации регенерации кофактора ТЕТ-ферментов.
Таким образом, наиболее важным результатом нового исследования является выяснение различного, но, вместе с тем, однонаправленного механизма влияния витаминов А и С на процессы клеточной дифференцировки. Ученые отмечают, что лучшее понимание влияния витамина А на ферменты ТЕТ-группы также потенциально объясняет устойчивость пациентов с острым промиелоцитарным лейкозом к комплексной терапии с применением ретинола, предоставляя возможность дальнейших исследований для уточнения возможностей в лечении резистентных случаев онкологических заболеваний.
- Babraham Institute (2016) Vitamins A and C help erase cell memory. Science Bulletin, Oct. 12 (http://sciencebulletin.org/archives/6270.html).
- Hore T.A., von Meyenn F., Ravichandran M. et al. (2016) Retinol and ascorbate drive erasure of epigenetic memory and enhance reprogramming to naïve pluripotency by complementary mechanisms. PNAS, Oct. 11 (http://www.pnas.org/content/early/2016/10/10/1608679113).
Наталья Савельева-Кулик
