Фактор нейрогенеза поможет получить клетки сердца

Ученые из США разработали новый вариант получения кардиомиоцитов из фибробластов (ФБ). Они показали, что Ascl1, ключевой транскрипционный фактор (ТФ) при репрограммировании ФБ в нейроны, можно «перенацелить». В этом случае Ascl1 сначала запускает серию эпигенетических изменений, а фактор Mef2c позже дает клеткам толчок в сторону кардиомиоцитов. При этом новый вариант коктейля из этих двух ТФ является более эффективным по сравнению с наиболее устоявшимся вариантом MGT (Mef2c, Gata4 и Tbx5).

Ascl1 был открыт и описан как фактор нейрогенеза, однако, как указывают авторы, роль Ascl1 в кардиогенезе еще не была описана, а данных по его экспрессии на какой-либо стадии развитии сердца нет.

Изначально ученые ставили задачу описать изменения в экспрессии генов, охарактеризовать транскриптом и регулом на ранних стадиях репрограммирования. Для этого они сконцентрировались на трех стандартных протоколах: индуцирование мышиных фибробластов в кардиомиоциты, гепатоциты и нейроны, чтобы охватить все три зародышевых слоя. Данные мРНК-секвенирования и иммунопреципитации хроматина и секвенирования (ChIP-seq) по метке H3K27Ac показали, что, хотя гены с повышенной экспрессией в основном были связаны с молекулярными и функциональными особенностями тех или иных целевых клеток, между ними также наблюдались и пересечения. Так, для гепатоцитов и нейронов оказалась схожей экспрессия генов, связанных с иммунным ответом, для кардиомиоцитов и гепатоцитов — генов, вовлеченных в выработку тепла, активность пептидазы и т.д.

Однако особое внимание исследователи обратили на то, что при запуске дифференцировки в нейроны также активируется и группа генов, ассоциированная с кардиомиоцитами. Они проанализировали ТФ-мотивы внутри энхансеров и промоторов, которые были эпигенетически затронуты после начала репрограммирования (метка H3K27Ac). Авторы обнаружили, что мотивы Gata4 и Tbx5 не были затронуты настолько сильно, насколько можно было ожидать, в отличие от Ascl1.

После этого ученые захотели проверить, как добавление Ascl1 в коктейль MGT повлияет на результаты репрограммирования. Оказалось, что количество индуцированных кардиомиоцитов выросло более, чем в десять раз. Они проверили разные комбинации этих четырех компонентов, чтобы выяснить, насколько важен каждый из них. Минимально необходимым вариантом оказалась сумма Mef2c и Ascl1. При этом культура Ascl1/Mef2c не только содержала больше сокращающихся клеток по сравнению с MGT, но и сами клетки имели более длинные саркомеры и более высокое соотношение длины к ширине. В целом Ascl1 помог получить более зрелый фенотип кардиомиоцитов.

Таким образом, результаты исследования показывают, что сочетания Ascl1 и Mef2c достаточно для запуска репрограммирования в кардиомиоциты без Gata4 или Tbx5.

Так как данные мультиомных анализов показали, что Ascl1 и Mef2c оба участвуют в репрограммировании, ученые решили выяснить, как именно взаимодействуют эти ТФ между собой. Используя данные РНК-секвенирования и ChIP-seq, исследователи предложили модель, при которой Ascl1 работает как изначально бипотентный фактор, открывая хроматин в локусах как генов, ассоциированных с нейронами, так и ассоциированных с кардиомиоцитами, а Mef2c, в свою очередь, после оттягивает его внимание только в сторону «сердечных» генов.

Новое исследование опровергает идею о том, что ТФ способны работать лишь в единственном направлении. Большинство методик для репрограммирования клеток основывается именно на этом предположении. Однако теперь может уверенно говорить о существовании факторов, действующих в более широком диапазоне.