Исследователи из Иллинойсского университета выявили ключевой процесс, координирующий созревание печени и полиплоидизацию, состояние, при котором клетки несут более двух наборов хромосом. Их выводы, опубликованные в Genes and Development , дают представление о специализации гепатоцитов, что поможет усилиям в области регенеративной медицины.

Печень человека выполняет более 150 специализированных функций, включая фильтрацию крови, удаление отходов, регулирование уровня сахара в крови и переваривание жиров. Гепатоциты — основной тип клеток печени — полностью сформированы к рождению, но остаются в состоянии покоя в течение первых нескольких недель жизни. В течение этого времени они постепенно созревают и приобретают специализированные свойства.

Десятилетиями биологи задавались вопросом, как клетки печени созревают после рождения и достигают своих предназначенных функций. Кроме того, как ученые могут использовать эти знания для улучшения регенерации печени, единственного внутреннего органа, который может регенерировать или восстанавливаться после травмы?

«За последние 15–20 лет биологи достигли больших успехов в выделении стволовых клеток», — сказал Нэш Калсотра, профессор биохимии в Университете Иллинойса и ведущий автор статьи.

«Мы можем дифференцировать стволовые клетки в различные типы клеток, что открывает большие перспективы в регенеративной биологии. И мы можем предоставить эти клетки поврежденным органам, но они будут плохо функционировать, поскольку застряли в незрелом состоянии, подобном плоду. Поэтому возникает вопрос: «Как нам взять эти рудиментарные клетки и помочь им созреть?» Это следующий рубеж в биологии, который нам нужно преодолеть», — сказал Калсотра, который также является исследователем Chan Zuckerburg Biohub Chicago и преподавателем в Институте геномной биологии Карла Р. Воеза, Онкологическом центре в Иллинойсе и Отделении диетологических наук в Иллинойсе.

Лаборатория Калсотры пытается ответить на этот вопрос, исследуя, как гепатоциты обычно достигают зрелости после рождения. Текущее исследование они начали с оценки эпителиального фактора ESRP2, регуляторного белка, который , как известно, контролирует сплайсинг РНК в печени. Отсутствующий у плода, ESRP2 активируется после рождения.

«Мы знаем, что (ESRP2) включается примерно в то время, когда клетки печени начинают созревать, но является ли это совпадением или белок ESRP2 действительно участвует в созревании печени?» — сказал Сушант Бангру (доктор философии, биохимия), первый автор исследования.

Сотрудники лаборатории подошли к этой проблеме, используя сочетание генетики, транскриптомики отдельных клеток и методов визуализации, создав модели мышей, которые позволили им включать и выключать функцию белка ESRP2 по желанию.

Удаление ESRP2 из гепатоцитов сделало печень взрослых незрелой, в то время как более ранняя, чем обычно, активация ESRP2 в печени мышей ускорила их созревание и метаболические функции. Вывод? ESRP2 является определяющим фактором с прямым влиянием на функцию печени, который стимулирует переход гепатоцитов к зрелости.

«Мы заметили, что посттранскрипционная регуляция тонко настраивает конечные фазы экспрессии генов», — сказал Калсотра.

«Существует множество изменений в альтернативном сплайсинге, используемых для получения правильного набора вариантов белков в созревающей печени. Это пример качественного изменения — использование того же гена, но получение другого продукта. Существует также множество количественных изменений посредством микроРНК, которые уменьшают общее количество определенных РНК и точно настраивают количество белков в клетках печени».

Затем лаборатория Калсотры работала над поиском как прямых, так и косвенных целей ESRP2, распутывая всю его регуляторную сеть. Удивительно, но они наблюдали большой объем связывания ESRP2 с некодирующей микроРНК-122 (miR-122), известным регулятором полиплоидии гепатоцитов.

«Печень приобретает высокий процент полиплоидных гепатоцитов после рождения, а механизм полиплоидизации гепатоцитов заключается в нарушении цитокинеза, вызванном miR-122, — заключительной стадии деления клеток, когда цитоплазма одной клетки делится на две отдельные дочерние клетки», — сказал Калсотра.

«Постнатальный всплеск плоидности имеет решающее значение для функциональной специализации гепатоцитов и защищает печень от будущих случаев рака».

Команда обнаружила, что активность ESRP2 необходима для своевременного производства miR-122 и полиплоидизации печени после рождения. Как ESRP2 управляет сплайсингом РНК или оптимизирует производство miR-122 для управления плоидностью — это нерешенный вопрос, над ответом на который сейчас работает лаборатория Калсотры.

«В печени нет специального резервуара стволовых клеток », — сказал Калсотра.

«Только существующие, здоровые клетки печени могут производить новые клетки у взрослых. Обычно гепатоциты находятся в состоянии покоя, но в случаях травмы или смерти выжившие гепатоциты сначала теряют свою зрелость, прежде чем делиться. Прямо сейчас мы изучаем, как заставить взрослые клетки стать незрелыми, а затем вернуться к полностью функциональным. И это поможет нам настроить регенеративный ответ в соответствии с потребностями организма».