Aktywacja i transkrypcja genu
Jądro komórkowe ssaków oraz innych komórek eukariotycznych zawiera cały materiał genetyczny organizmu. Funkcjonalność komórki zależy od tego, który gen zostaje włączony lub wyłączony w odpowiednim czasie. Mechanizm ten różni się w zależności od rodzaju komórki, wyposażając różne komórki w różne funkcjonalności. Ten rodzaj ekspresji genu odgrywa również kluczową rolę w różnicowaniu się komórek macierzystych do konkretnych rodzajów komórek w procesie rozwoju. Transkrypcja i ekspresja genu pozostają pod wpływem bliskości regionów chromosomalnych względem błony jądrowej (bariery oddzielającej zawartość jądra od cytozolu). Naukowcy wykazali ostatnio, że relokacja genomicznych loci na obrzeża powoduje stłumienie ekspresji genu w embrionalnych komórkach macierzystych myszy (mESC). Naukowcy zbadali, czy wpływ ten odgrywa rolę w procesie różnicowania się i rozwoju dzięki finansowanemu ze środków UE projektowi GRPN ("Gene regulation at the nuclear periphery"). Gen plejotropiny proneuronalnej (PTN) (kluczowy regulator neurogenezy) ulega relokacji z obrzeży jądra, gdy zostaje aktywowany podczas neuronalnego różnicowania w komórkach mESC. Naukowcy wykorzystali dwa modele in vitro komórek mESC, aby zbadać skutki aktywacji genu. Komórki mESC uległy różnicowaniu do epiblastu ESC (EpiESC) i progenitorowych komórek nerwowych (NPC — tworzących neuroektodermę). EpiESC to pluripotentne komórki macierzyste zdolne do przekształcania się w dowolny rodzaj komórki. Trzy z pięciu loci EpiESC uległy relokacji do centrum jądra, a przemieszczenie to było skorelowane z aktywacją genu, jak przedstawiono w stanie transkrypcji. Pozostałe dwa loci wymagały różnicowania do NPC, aby mogły ulec przemieszczeniu. Aby ustalić, czy przemieszczenie poprzedza aktywację genu, czy też jest jego konsekwencją, naukowcy aktywowali gen PTN w komórkach mESC. Wynikiem tego działania był 25-krotny wzrost ekspresji genu, połączony z relokacją do centrum jądra. Dostarczyło to pierwszych eksperymentalnych dowodów na to, że aktywacja transkrypcji jest wystarczająca do wywołania zmiany położenia w jądrze w przypadku genu endogennego. Lepsze zrozumienie mechanizmów kontrolujących ekspresję genu w komórkach macierzystych mogłoby otworzyć drogę do odgórnej lub oddolnej regulacji pewnych genów w celu dostarczenia terapii ukierunkowanej. Dzięki finansowaniu projektu GRPN ze środków UE naukowcy odkryli ważny element układanki wraz z jego lokalizacją.