Як ключовий регуляторний білок керує формуванням хряща під час ембріонального розвитку

Як повідомляють дослідники, Sox9 — головний регулятор формування хрящів — динамічно змінює свої гени-мішені під час ембріонального розвитку кінцівок, а не дотримується фіксованої програми.

Вони проаналізували клітини передніх кінцівок ембріонів мишей на різних стадіях розвитку, використовуючи аналіз експресії генів на рівні окремих клітин та новітню методику виявлення ділянок зв’язування Sox9 з ДНК. Отримані результати закладають основу для майбутніх досліджень у галузі захворювань скелета та регенеративної медицини.

Роль Sox9 у розвитку кінцівок

У ссавців розвиток кінцівок на ранніх ембріональних стадіях є складним, ретельно скоординованим процесом, який перетворює прості групи клітин на структури, що складають руки та ноги.

Формування хряща є одним із найперших і найважливіших етапів розвитку кінцівок, оскільки хрящ слугує структурним шаблоном, на основі якого зрештою формуються кістки.

Цей процес, відомий як хондрогенез, залежить від точної активації специфічних генетичних програм у клітинах, що розвиваються, які значною мірою регулюються білком під назвою Sox9.

Проблематика дослідження

Вчені вже десятиліттями знають, що Sox9 є незамінним головним регулятором хондрогенезу. Однак досі залишається не зовсім зрозумілим, чи виконує Sox9 постійну та однорідну регуляторну роль протягом усього розвитку, чи динамічно адаптується, впливаючи на різні гени в різних типах клітин та в різні моменти часу.

Розуміння цієї відмінності має величезне значення, оскільки воно визначає, як ми інтерпретуємо розвиток скелета і, зрештою, як ми можемо лікувати захворювання, коли цей процес порушується.

Методи дослідження

Щоб відповісти на це питання, дослідницька група під керівництвом доцента Ютаро Учіда з кафедри системної біомедицини Аспірантури медичних та стоматологічних наук Інституту науки Токіо провела детальне дослідження розвитку ембріональних кінцівок мишей, зосередившись на Sox9.

Їхня робота, поєднувала два потужні підходи:

• секвенування РНК окремих клітин (scRNA-seq) — аналіз активності тисяч генів у кожній клітині
• CUT&RUN — метод визначення місць зв’язування білка з ДНК

Щоб реалізувати другий підхід, команда створила генетично модифіковану модель миші, в якій Sox9 мав спеціальну молекулярну мітку для точного картування його взаємодії з ДНК.

Результати дослідження

Проаналізувавши майже 20 000 клітин передніх кінцівок ембріонів мишей на п’яти стадіях розвитку, дослідники встановили, що клітини з високим рівнем Sox9 поділяються на чотири окремі популяції:

• три типи хондропрогеніторних клітин
• зрілі хондроцити

Кожна популяція мала унікальну молекулярну ідентичність та просторову локалізацію. Аналіз траєкторій показав, що кожен тип прогеніторів розвивається незалежним шляхом, а не через єдиний маршрут диференціації.

Динаміка регуляції генів

Коли дослідники зіставили карти зв’язування Sox9 із даними експресії генів, було виявлено ключову закономірність:

• Sox9 стабільно регулює базові гени хрящової матриці
• однак інші гени-мішені значно змінюються залежно від етапу розвитку

«Наші результати показують, що Sox9 не діє за єдиною фіксованою програмою, а демонструє гнучку регуляцію генів», — пояснює Учіда.

Ці змінні мішені включають гени, що відповідають за:

• клітинний поділ
• формування кінцівок
• сигнальні шляхи
• утворення тканинних меж

Клінічне значення

Отримані дані свідчать про значно складнішу та адаптивнішу роль Sox9, ніж вважалося раніше.

Очікується, що результати:

• сприятимуть вивченню захворювань кісток і хрящів
• стануть основою для розвитку регенеративної медицини

ДЖЕРЕЛО: medicalxpress

На платформі Accemedin багато цікавого! Аби не пропустити — підписуйтесь на наші сторінки! Facebook. Telegram. Viber. Instagram.