Эпигенетическое регулирование лимфоцитопоэза: введение
Тканеспецифичные стволовые клетки ответственны за развитие и регенерацию целых органов, таких как кожа, кишечник и кровеносная система, в течение всей жизни. Для этого стволовые клетки снабжены двумя уникальными свойствами. Во-первых, они обладают мощным потенциалом самообновления и поэтому могут воспроизводиться в своем некоммитированном состоянии. Во-вторых, они плюрипотентны и поэтому служат источником клеток всех типов данного органа путем дифференцировки в мультипотентные прогениторные клетки с постепенно сокращающимся потенциалом развития ( рис. 21.1 ). Эти прогениторные клетки последовательно проходят коммитирование по одной из нескольких линий, а затем дифференцируются по выбранному пути в функционально специализированные типы клеток этого органа ( рис. 21.1 ).
То, каким образом линейное коммитирование мультипотентных прогениторов регулируется на молекулярном уровне, является важным вопросом биологии развития. Важную роль в этом процессе играют транскрипционные факторы , так как они способны к репрограммированию экспрессии больших групп генов. С этой целью они используют множественные механизмы активации или репрессии транскрипции генов в ответ на внеклеточные сигналы ( рис. 21.2 ) ( Fisher, 2002 ). Они могут косвенно влиять на программы экспрессии генов, противодействуя другим транскрипционным факторам через белок-белковые взаимодействия. Чаще транскрипционные факторы регулируют транскрипцию генов непосредственно, рекрутируя к регуляторным элементам ДНК коактиваторы или корепрессоры, обладающие активностью модификации гистонов или ремоделинга хроматина ( рис. 21.2 ). Экспрессия генов определяется не только наличием совокупности транскрипционных факторов, но и хроматиновым контекстом, который отражает онтогенетическую предысторию клетки. В частности, на активность гена влияют локальный рисунок метилирования ДНК , ситуация с модификацией гистонов хроматина, позиция гена по отношению к репрессивным гетерохроматиновым доменам в ядре и архитектура локуса данного гена ( рис. 21.2 ) ( Fisher, 2002 ).
Система гематопоэза, а особенно развитие лимфоцитов, хорошо подходит для изучения эпигенетических механизмов, контролирующих линейное коммитирование и дифференцировку , по следующим причинам. Линейная диаграмма гемопоэтической системы в значительной степени была прояснена по мере того, как были охарактеризованы различные стадии развития между гемопоэтической стволовой клеткой ( ГСК ) и различными зрелыми клетками крови разных типов ( рис. 21.3 ) ( Akashi et al, 2000 ; Busslinger, 2004 ). Как следствие, клетки на разных стадиях развития можно изолировать из гемопоэтических органов путем сортировки с помощью клеточного сортера с возбуждением флуоресценции ( FACS ), культивировать in vitro, исследовать на молекулярном уровне, модифицировать вирусными системами экспрессии и снова инъецировать мышам-реципиентам для выяснения функциональных последствий генетических манипуляций in vivo. Несмотря на то, что эпигенетические механизмы, лежащие в основе гемопоэтического развития, еще только начали изучать, большая часть наших знаний об эпигенетическом регулировании в настоящее время относится к В-лимфопоэзу .
Развитие В-клеток может быть грубо разделено на три фазы, характеризуемые
- 1) входом прогениторов в линию при коммитировании В-клеток,
- 2) выработкой разнообразных рецепторов антигенов путем соматической рекомбинации (V(D)J) (см. " Регуляция перестроек генов рецепторов антигенов в процессе развития ") и
- 3) терминальной дифференцировкой зрелых В-клеток в секретирующие иммуноглобулин плазматические клетки ( рис. 3 ).
В этой главе мы обсуждаем эпигенетические механизмы, контролирующие эти три аспекта развития, которые выявили основные принципы с возможностью применения их и для других систем развития.
