Однако, хотя генетические факторы, ответственные за перепрограммирование, хорошо известны, механизмы, лежащие в основе ответов на индуцированные изменения экспрессии генов, не так ясны.
Теперь исследование, проведенное Университетом Цукубы, разрешило загадку одного из факторов перепрограммирования, KLF4. Исследование было опубликовано в Stem Cell Reports.
KLF4 вместе с другими репрограммирующими факторами транскрипции используется в лаборатории для усиления экспрессии генов в соматических клетках (взрослых не зародышевых клетках) при развитии ИПСК.
Соматические клетки вырабатывают энергию в процессе, подпитываемом кислородом, который называется окислительным фосфорилированием и происходит в митохондриях, также известных как электростанции клеток.
Напротив, стволовые клетки имеют маленькие митохондрии и используют гликолиз в качестве альтернативного биохимического пути для выработки энергии.
Эта серия реакций может быть анаэробной, поэтому больше подходит для их типично низко-кислородной среды, но также обеспечивает поставку промежуточных продуктов метаболизма, необходимых для быстрого роста и деления.
Исследователи из Университета Цукубы разработали систему переноса генов, которая позволяла репрограммировать iPSC только в присутствии KLF4, сосредоточив внимание исключительно на его роли в этом процессе. Затем они использовали полногеномный анализ для поиска генов, включенных KLF4 на поздней стадии репрограммирования.
«Мы обнаружили, что ген Tcl1 активируется связыванием KLF4 с его энхансерными и промоторными областями», — говорит соавтор исследования Кен Нишимура. «KLF4 также вызывал связывание другого фактора репрограммирования, OCT4, с промотором Tcl1."
Команда обнаружила, что белок TCL1 играет ключевую роль в увеличении гликолиза, активируя другой метаболический путь, который важен для самообновления стволовых клеток.
«Мы также показали, что TCL1 ингибирует митохондриальный фермент, необходимый для окислительного фосфорилирования, что приводит к снижению потребления кислорода клетками», — объясняет соавтор исследования Шихо Аидзава. «Это сопровождалось повышенным потреблением глюкозы для гликолиза, что показало, что TCL1 способствует метаболическому переключению в генерации энергии, необходимой клеткам для приобретения плюрипотентности."