Forståelse af nøgleenzymers rolle i embryonal udvikling

Den katalytiske aktivitet af et enzym kaldet Set1A - et protein, der er afgørende for levedygtigheden af ​​embryonale stamceller (ESC'er) - er ikke nødvendig for ESC-selvfornyelse, ifølge en Northwestern Medicine-undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Gener og udvikling .

Resultaterne giver vigtig ny indsigt i Set1A, en underenhed af COMPASS-proteinkomplekset involveret i udviklingsforstyrrelser og nogle kræftformer.

"Dette overraskede alle i laboratoriet, " sagde Christie Sze, en femte-års doktorand i Feinbergs Driskill Graduate Program in Life Sciences, og den første forfatter til undersøgelsen. "Det er et uventet fund:selvom dette protein er absolut vigtigt for embryonale stamceller, dens hovedfunktion er ikke."

Undersøgelsen viste også, at den katalytiske funktion er nødvendig, imidlertid, under ESC-differentiering, ifølge seniorforfatter Ali Shilatifard, PhD, Robert Francis Furchgott professor og formand for biokemi og molekylær genetik.

Set1A er et af seks medlemmer af COMPASS-familien af ​​enzymer hos mennesker. Disse proteiner, som først blev identificeret af Shilatifard i 2001, har siden vist sig at være central for genekspression gennem deres rolle i implementeringen af ​​methylering på et histonsted kaldet H3K4.

Set1A ser ud til at være særligt vigtigt; i modsætning til andre COMPASS-medlemmer, embryonale stamceller uden Set1A er ude af stand til at overleve. Yderligere, dysfunktion af Set1A har tidligere været forbundet med udviklingsforstyrrelser, såsom skizofreni, og visse kræftformer.

Selvom det har været klart, at enzymet i sig selv er afgørende i udviklingen, hvorvidt dette skyldtes Set1A's vigtigste methylaseaktivitet blev ikke forstået.

I den aktuelle undersøgelse, ved hjælp af en embryonal stamcellemodel fra mus, Sze målrettede specifikt SET-domænet af Set1A - den del af proteinet, der er ansvarlig for dets katalytiske aktivitet - med genredigeringsværktøjet CRISPR.

Forskerne opdagede, at efter at have slettet Set1A's funktionelle domæne - hvilket gjorde enzymet ude af stand til at implementere methylering - overlevede de embryonale stamceller stadig, uden effekt på spredning og selvfornyelse.

I anden del af undersøgelsen, Sze undersøgte de mutante ESC'er under differentiering, og demonstrerede, at Set1A's katalytiske aktivitet faktisk var nødvendig for normal ESC-differentiering.

"Man siger, at i embryonale stamceller, H3K4-methylering ved Set1A er ikke vigtig, men i differentiering er det, " sagde Shilatifard, også professor i pædiatri og medlem af Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center ved Northwestern University. "Dette rejser spørgsmålet:hvad er specielt ved histon H3K4-methylering under differentiering? Og hvad er funktionen af ​​hele Set1A-proteinet, der er uafhængig af dets katalytiske funktion?"

Fremadrettet, Shilatifard-laboratoriet vil undersøge andre aspekter af Set1A, for at afdække, hvad ved selve enzymet er afgørende for embryonale stamceller, hvis det ikke er dens katalytiske funktion. Resultaterne kan hjælpe med at fremme forståelsen af ​​kræftudvikling.

"COMASS-familien er stærkt muteret i kræft. Selvom denne undersøgelse er fra et udviklingsaspekt, for at forstå kræft, du skal forstå proteinets normale funktioner, " sagde Sze. "Vores laboratorium fortsætter med at lære mere og mere om hvert af disse familiemedlemmer, og hvordan de spiller en rolle i sygdom."

I et yderligere fund, data fra undersøgelsen tyder også på, at Set1A er ansvarlig for at aktivere bivalente gener - vigtige for regulering af nøgleudviklingsprocesser - under differentiering. Laboratoriet havde tidligere vist, at et andet COMPASS-enzym, kaldet MLL2, er vigtig for denne aktivering i den selvfornyende tilstand; den aktuelle undersøgelse tyder på, at der er et ansvarsskifte mellem de to enzymer i de forskellige stadier.