Во вчерашней статье я рассказала о том, как с помощью белков Polycomb и trithorax поддерживается состояние некоторых участков ДНК в виде плотно свернутом или, наоборот, распушённом. Первое нужно, чтобы окончательно заблокировать экспрессию генов, не нужных в данной клетке, а второе — чтобы максимально облегчить экспрессию нужных генов. Поэтому в клетках сердца производятся нужные сердцу белки, а белки, специфически нужные для работы клеток, скажем, почек, в клетках сердца не производятся. Поэтому у нас на ушах не растут ноги:)
Если с помощью направленных мутаций нарушить работу генов, которые производят белки Polycomb и trithorax, то вполне возможно, что у подопытных мух на лапах начнут расти глаза и наоборот… Очень сильно такого неохота, да?:) Поэтому клетки используют и другие механизмы, направленные на достижение этой цели.
Когда эмбрион развивается, его стволовые клетки начинают специализироваться, и эту специализацию надо сохранить на всю жизнь. Уж если какие-то клетки стали превращаться в клетки щитовидной железы, то именно этими клетками они и должны остаться навсегда, и такую специализацию надо просто забетонировать, надежно, чтобы не было никакой возможности изменить специализацию. И дополнительным механизмом, который клетки используют, является механизм обратной положительной связи между экспрессией генов, производящих некие белки, и этими белками. Сейчас я поясню.
Возьмем, для примера, мышцы. В какой-то момент развития эмбриона, некоторые из исходных стволовых клеток (которые поначалу могут стать кем угодно) определяются и «решают» стать стволовыми клетками, из которых производятся именно клетки мышц. В этот момент клетка начинает активно производить белок MyoD, который участвует в развитии именно мышц. Этот белок MyoD имеет свойства АКТИВАЦИИ ТРАНСКРИПЦИИ, и это означает, что он так влияет на ДНК, что гены, производящие этот белок, начинают активней экспрессироваться. Понятно, да? Как только первый такой белок MyoD производится в клетке, он сам начинает способствовать более активной работе генов, производящих этот белок! Это и называется «обратной положительной связью», потому что чем больше MyoD, тем больше его начинает производиться.
Более того. Белок MyoD еще и активирует те гены, которые отвечают за производство других мышечных белков: актина и миозина. И еще более того — белок MyoD начинает влиять на сам клеточный цикл таким образом, что нормальное деление клеток останавливается в фазе G1, то есть клетка удваивает свой геном, почти разделяется на две дочерние клетки, но… в конце концов так и не разделяется, и получается такая длинная клетка. Именно из таких длинных клеток и строятся наши мышечные волокна.
Что происходит, когда стволовая клетка, уже ставшая мышечной стволовой клеткой, делится? Дочерние стволовые клетки унаследуют все тот же белок MyoD, и обратного пути уже нет — новые мышечные стволовые клетки будут производить именно мышечные клетки. Таким образом дифференцирование стволовых клеток (т.е. определение их конкретного тканевого вида) становится «зацементированным», и назад дороги нет, что и отлично:)
С помощью генной инженерии мы конечно можем пусть процесс вспять. Это невероятно сложно на текущем уровне развития технологий, но все-таки возможно, и сейчас мы достигли таких успехов, что из обычной клетки кожи можем сделать полноценные половые клетки, из которых появится полноценное потомство. Для этого мы стираем одни эпигенетические маркеры с генома и устанавливает другие — те, которые специфичны для желаемого типа клеток. Это невероятно интересно и сулит огромные возможности в деле выращивания утраченных тканей и даже органов. В детстве я мечтала о том, чтобы человек мог отращивать утерянные части тела, как ящерица отращивает хвост, и сейчас мы уже к этому существенно приблизились.