Одна из величайших загадок биологии заключается в том, как множество разных типов клеток, составляющих наши тела, происходят из одной клетки и из одной последовательности ДНК или генома. Мы многому научились, изучая геном человека, но только частично раскрыли процессы, лежащие в основе детерминации клеток. Идентичность каждого типа клеток в значительной степени определяется поучительным слоем молекулярных аннотаций поверх генома — эпигеномом, который действует как план, уникальный для каждого типа клеток и стадии развития.
В отличие от генома, эпигеном изменяется по мере развития клеток и в ответ на изменения в окружающей среде.
Дефекты факторов, которые читают, записывают и стирают эпигенетический план, участвуют во многих заболеваниях. Всесторонний анализ эпигеномов здоровых и аномальных клеток будет способствовать новым способам диагностики и лечения различных заболеваний и, в конечном итоге, приведет к улучшению результатов в отношении здоровья.
Сборник из 41 согласованной статьи, опубликованный в настоящее время учеными из Международного консорциума эпигеномов человека (IHEC), проливает свет на эти процессы, делая глобальные исследования в области эпигеномики важным шагом вперед. Эти документы представляют собой самые последние работы проектов членов IHEC из Канады, Европейского Союза, Германии, Японии, Сингапура, Южной Кореи и США.
Три из этих документов были координированы Кристофом Боком из CeMM.
Последнее исследование команды Кристофа Бока, опубликованное сегодня в журнале Cell Stem Cell, описывает эпигенетический ландшафт метилирования ДНК в крови человека. Это исследование, проведенное учеными CeMM Матиасом Фарликом и Флорианом Халбриттером вместе с Фабианом Мюллером из Института информатики Макса Планка, подчеркивает динамическую природу эпигенома в развитии человеческой крови.
Наше тело ежедневно производит миллиарды клеток крови, которые развиваются из нескольких тысяч стволовых клеток на вершине сложной иерархии клеток крови. Используя новейшие технологии секвенирования и картирования эпигенома, команда Бока раскрыла план развития крови, который закодирован в паттернах метилирования ДНК стволовых клеток крови и их дифференцирующегося потомства.
Этот успех стал возможным благодаря тесному международному сотрудничеству европейских ученых: кровь британских добровольцев была отсортирована по типу клеток командой Маттиа Фронтини из Кембриджского университета. Эти образцы были отправлены в Австрию, где ученые CeMM выполнили картирование эпигенома.
Затем все данные были обработаны в Германии в Институте информатики Макса Планка и совместно проанализированы учеными из CeMM и Института информатики Макса Планка.
Результатом совместных усилий команды Бока и многих других членов IHEC является подробная карта эпигенома человека, похожая на трехмерный горный пейзаж: стволовые клетки находятся на вершине горы, а долины клеточной дифференциации нисходят во многих областях. направления. По мере того, как клетки дифференцируются, они выбирают один из нескольких эпигенетически определенных маршрутов и следуют по нему вниз, в конечном итоге достигая одной конкретной долины, соответствующей специализированному типу клеток.
Клеткам нелегко покинуть эти долины, что обеспечивает надежность и защиту от таких заболеваний, как рак.
Два других исследования, проведенных командой Кристофа Бока, были опубликованы ранее в этом году и демонстрируют, как исследователи стремятся использовать эпигенетическую информацию в медицине. Например, при лейкемии некоторые пути дифференцировки заблокированы, так что клетки больше не могут достигать места назначения и вместо этого делают неправильные повороты. Наблюдение за этими клетками с помощью эпигенетических тестов может способствовать более точной диагностике лейкемии — клинические испытания этого подхода продолжаются.
«Эпигенетическая карта крови человека помогает нам понять, как развивается лейкемия и какие клетки вызывают болезнь», — говорит Кристоф Бок. Это имеет отношение к диагностике рака и персонализированной медицине и представляет собой компас для будущих усилий, направленных на перепрограммирование эпигенома отдельных клеток, например, путем удаления критических эпигенетических изменений из лейкозных клеток.