Плюрипотентная природа стволовых клеток отвечает за две кажущиеся оппозитными потребности - поддержка специфичных для дифференцировки генов выключенными при сохранении способности быстрого включения их по мере надобности. 4 новые работы установили, как уникальные свойства хроматина стволоых клеток млекопитающих позволяют осуществляють этот деликатный баланс.

Azuara с коллегами показали, что многие гены embryonic stem (ES) клеток мышей, включая некоторые из тех, что участвуют в дифференцировке, характеризуются необычной комбинацией эпигенетических модификаций. Сюда входит ацетилирование гистонового H3 lysine 9 (H3K9) и метилирование H3K4, которые маркируют активный хроматин, и trimethylation H3K27, который типичен для молчащего хроматина. В большинстве генов нестволовых клеток обладают или активными или репрессивными маркерами, но не обоими.

Необычный эпигенетический профиль был идентифицирован также Bernstein и коллегами для ES клеток мышей. Они идентифицировали структуру бивалентного хроматина - содержащего как H3K4, так и trimethylated H3K27 - в генах, которые кодируют онтогенетически важные транскрипционные факторы.

Обе группы показали, что потеря этих самобытных комбинаций эпигенетических маркеров коррелирует с дифференцировкой. Авт. предполагают, что присутствие как активных, так и репрессивных меток позволяет генам, специфичным для дифференцировки в ES клетках быть репрессированными, но быть готовыми к активации, когда будут получены соотв. сигналы.

Как же специфицируются уникальные эпигенетические профили стволовых клеток? Вовлечение белков Polycomb group (PcG) было предположено Azuara с коллегами. Они показали, что ES клетки, которые дефицитны по (EED) эмбриональной эктодермы, компоненту PcG-комплекса, который необходим для метилирования H3K27, экспрессируют гены, специфичные для дифференцировки, которые обычно репрессированы в этих клетках. Эти находки подтверждены двумя др., исследованиями ES клеток Boyer с коллегами и Lee с коллегами. Оба исследования идентифицировали большие количества сайтов связывания PcG по всему геному ES клеток, которые соответствуют генам, функционирующим в развитии и дифференцировке. Эти гены были обнаружены также как маркированные по trimethylated H3K27 и транскрипционно молчащие в ES клетках.

Boyer et al показали, что EED дефицит приводит к активации этих обычно репрессированных генов, и Lee et al., и Boyer et al. показали, что гены мишени PcG активируются во время дифференцировки ES клеток мышей. Авт. предполагают динамическую роль для PcG белков, с помощью которой они поддерживают репрессированное состояние хроматина до поступления сигналов, индуцирующих дифференцировку, но делают возможной экспрессию генов в соотв. время. Сходный вывод сделан и в 4 др. недавних работах - которые обсуждаются Research Highlight - которые изучали роли PcG белков в др. не плюрипотентных типах клеток, показавших, что PcG комплексы функционируют сходным образом на разных стадиях развития. Удивительно, но Lee с коллегами также нашли, что транскрипционные факторы OCT4, SOX2 и NANOG - которые как известно выполняют важную роль в плюрипотентности и сомообновлении - также присутствуют в большинстве мест связывания PcG в ES клетках. Необходимо понять, как эти белки вносят вклад в уникальные свойства хроматина ES клеток, это будет важной ступенью в сведении вместе ключевых аспектов биологии стволовых клеток.