Эпигенетические процессы позволяют различным типам клеток возникать из одного генома. На протяжении развития клетки дифференцируются и приобретают различные характеристики, экспрессируя один и тот же геном по-разному.
Однако менее известный аспект этого процесса заключается в том, как клетки со временем сохраняют свою уникальную идентичность. Исследование, проведенное лабораторией транскрипционных и эпигенетических механизмов нейрональной пластичности под руководством Анхеля Барко в Институте нейронаук, совместном центре Испанского национального исследовательского совета (CSIC) и Университета Мигеля Эрнандеса (UMH) в Эльче, показало, что белок Kdm1a играет решающую роль в сохранении идентичности нейронов.
Нейроны — это клетки , которые имеют очень специфическую ядерную структуру, поскольку, сформировавшись в процессе развития, они никогда больше не делятся, поэтому нейронам необходимо сохранять свою идентичность на протяжении всей своей жизни. «Идентичность определяется тем, что сделано и что не сделано; на эпигенетическом уровне это отражается на генах, которые экспрессируются, но также и на тех, которые не экспрессируются», — объясняет Анхель Барко.
Результаты этого исследования, опубликованные в журнале Nature Communications , демонстрируют, что удаление Kdm1a в нейронах переднего мозга у взрослых мышей запускает экспрессию генов, которые в норме не должны экспрессироваться в нейронах, что ставит под угрозу идентичность нейронов.
Исследователи подтвердили, что у нормальных пожилых мышей происходит зарождающаяся активация тех же генов, которые были депрессированы у мышей, потерявших Kdm1a, что указывает на то, что естественное старение воспроизводит те же дефекты, что и отсутствие Kdm1a, хотя и в меньших масштабах. Они обнаружили, что устранение этого белка ускоряет старение нейронов на эпигенетическом уровне и изменяет транскрипцию генов.
Эксперты сопоставили эти результаты с данными о людях, сотрудничая с исследователем Хосе Висенте Санчесом Мутом, который возглавляет лабораторию функциональной эпигеномики старения и болезни Альцгеймера в IN. Они использовали базу данных людей в возрасте от 50 до 80 лет и обнаружили, что с возрастом наблюдается значительное увеличение экспрессии некоторых из этих обычно молчащих генов.
Более того, эта работа показывает, что репрессивная функция Kdm1a поддерживает разделение между генами, которые должны экспрессироваться, и теми, которые должны молчать, посредством модуляции структуры хроматина.
Разделение на «отделения» позволяет поддерживать порядок на протяжении всей жизни нейрона, что необходимо для сохранения его идентичности. «Мы знаем, что расстройство может иметь пагубные последствия как для старения, так и для умственной отсталости , поскольку оно стирает барьер между тем, что следует выражать, и тем, что не следует», — говорит Беатрис дель Бланко, первый автор статьи.
Чтобы понять роль Kmd1a в компартментализации, исследователи провели эксперимент в сотрудничестве с Ицзюнем Жуаном, бывшим директором Лаборатории геномной медицины Джексона, в котором они использовали метод, который показывает, как ДНК сворачивается внутри клеточного ядра и как это происходит. организован в трех измерениях. Эти данные были сопоставлены с изображениями, полученными с помощью микроскопии сверхвысокого разрешения.
Оба подхода показали, что некоторые репрессированные гены начали экспрессироваться, поскольку барьеры, разграничивающие активные и неактивные области хроматина, ослабевают после потери Kdm1a.