1. 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).

^{Рис. 21.1. Схема развития органов из одной стволовой клетки}

^{Развитие органа инициируется тканеспецифичными стволовыми клетками, которые обладают мощным потенциалом самообновления и являются плюрипотентными и дают начало всем типам клеток этого органа. Стволовые клетки сначала дифференцируются в мультипотентные прогениторы (известные также как переходные делящиеся клетки) с нарастающим ограничением потенциала развития. Эти прогениторы впоследствии претерпевают коммитирование в один из нескольких клонов и затем дифференцируются по выбранному пути в функционально специализированный тип клеток данного органа}

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.

^{Рис. 21.2. Центральная роль транскрипционных факторов в эпигенетическом контроле генов}

^{Транскрипционные факторы (TF), которые часто регулируются в ответ на внеклеточные сигналы, отвечают за активацию генов, транскрипционную репрессию, перемещение генов в пределах компартментов ядра и за архитектонику хроматина генного локуса. Транскрипционные факторы выполняют эти разнообразные функции посредством взаимодействия с коактиваторами (включая ацетилтрансферазы гистонов [HATs]), с корепрессорами (включая деацетилазы гистонов [HDACs]), с аппаратом ремоделинга хроматина и с белковыми комплексами Polycomb}

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) 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.