АТФаза Brahma необходима для дифференцировки клеток сердца

В экспериментах in vitro ученые показали, что АТФаза Brahma поддерживает идентичность будущих кардиомиоцитов в ходе их дифференцировки из стволовых клеток. В отсутствие этого белка клетки, которые начали развиваться по верному пути, на определенном этапе становятся предшественниками нейронов.

Credit:
tonaquatic19 | 123rf.com

АТФаза Brahma, также известная как BRM и SMARCA2, относится к комплексам ремоделирования хроматина BAF. Brahma не является строго необходимым белком для нормального развития у мышей, однако у человека мутации, затрагивающие ген BRM, приводят к ряду нарушений. Как сообщается в работе, опубликованной в Nature, Brahma необходима для дифференцировки кардиомиоцитов. В ее отсутствие клетки, уже ставшие клетками сердечной мезодермы, меняют принадлежность к зародышевому листку и становятся эктодермальными клетками-предшественниками нейронов.

Авторы исследования работали с мышиными эмбриональными стволовыми клетками, несущими мутации в обеих копиях гена Brm и лишенными функционального белка Brahma. Ученые трижды пытались направить их развитие по пути дифференцировки в кардиомиоциты, однако попытки- не увенчались успехом: клетки Brm-/- так и не начали вырабатывать характерный для кардиомиоцитов тропонин T+ и биться. При этом гетерозиготные по Brm клетки демонстрировали биение в культуре.

Транскриптомный анализ единичных клеток Brm-/- показал, что на четвертый день культивирования их паттерн экспрессии генов соответствовал клеткам мезодермы. Однако на шестой день, когда должна происходить дифференцировка в клетки-предшественники кардиомиоцитов, и на десятый день, когда клетки должны становиться зрелыми кардиомиоцитами, транскриптомные профили клеток не соответствовали ожидаемым.

На шестой день в них не началась экспрессия генов Isl1, Nkx2–5 и Mef2c, которые кодируют транскрипционные факторы, необходимые для дифференцировки кардиомиоцитов. Вместо этого в клетках активировались гены транскрипционных факторов, специфичных для нервной ткани. На десятый день в клетках Brm-/- полностью отсутствовала экспрессия генов, характерных для кардиомиоцитов. Вместо этого они экспрессировали гены — маркеры стволовых нервных клеток (Sox2, Sox9 и Ascl1), предшественников нейронов (Dcx, Otx2, Gap43 и Tubb3), глии (Gfap и Olig2), шванновских клеток (Gap43) и предшественников клеток сетчатки (Rax, Lhx2 и Lmo1). Это означает, что при дифференцировке клетки Brm-/- из клеток мезодермы превратились в клетки эктодермы. Некоторые клетки Brm-/- все же остались клетками мезодермального ряда и экспрессировали гены, характерные для остеобластов (Postn, Bgn и Col1a1).

Ученые заключили, что Brahma играет ключевую роль в окончательном определении судьбы будущих кардиомиоцитов. С помощью ATAC-seq они показали, что Brahma поддерживает в открытом состоянии хроматин в области генов, необходимых для дифференцировки в кардиомиоциты, оставляя «закрытым» хроматин в области энхансеров, направляющих развитие других типов клеток.

В дополнительном эксперименте ученые продемонстрировали, что клетки Brm-/- могут остаться клетками сердечного ряда при повышенной экспрессии гена, кодирующего белок BMP4. При этом избыточная экспрессия BMP4 подавляла дифференцировку в кардиомиоциты у клеток дикого типа. Механизмы влияния BMP4 на дифференцировку клеток Brm-/- остаются неизвестными.

Источник

Hota, S.K., Rao, K.S., Blair, A.P. et al. Brahma safeguards canalization of cardiac mesoderm differentiation. // Nature, 2022, DOI: 10.1038/s41586-021-04336-y

Добавить в избранное