I ricercatori sembrano aver scoperto che la compattazione della cromatina è necessaria affinchè si possa verificare una corretta differenziazione delle cellule staminali embrionali. Per la precisione sembra che cellule staminali che mancano dell'istone H1 non siano in grado di portare avanti particolari funzioni tra cui inattivare specifici geni, azione che sarebbe necssaria per permettere una corretta differenziazione.
I ricercatori hanno osservato che durante il processo di differenziamento, mentre le cellule stamali embrionali che non erano entrate in tale fase mostravano una cromatina rilassata, la cromatina andava incontro a compattazione.
" Il nostro studio è il primo a dimostrare che la compattazione della cromatina non è una conseguenza del processo di differenziamento, ma è alla base della sua corretta riuscita" dice Yuhong Fan, assistente presso il Georgia Tech School of biology.
Per studiare l'impatto che la mancanza dei sottotipi dell'istone H1 possa avere sulla condensazione della cromatina, i ricercatori hanno utilizzato cellule staminali embrionali che mancavano di tre sottotipi H1 (H1C, H1D, H1E), scoprendo che durante la differenziazione la produzione di tali sottotipi aumentava notevolmente e che le cellule che non presentavano una corretta o totale espressione di tali proteine, non entravano nel loro spontaneo processo di differenziazione.
"Questo studio ha scoperto una nuova funzione di regolamentazione per l'istone H1, una proteina conosciuta soprattutto per il suo ruolo come componente strutturale di cromosomi ", ha detto Anthony Carter autore dello studio.
"Lo studio espande la nostra comprensione della funzione H1 e offre preziose intuizioni nuove nei processi cellulari che inducono le cellule staminali a trasformarsi in tipi cellulari specifici. "
Durante la differenziazione spontanea, la maggioranza delle cellule staminali embrionali che non esprimevano i sottotipi H1, i ricercatori hanno notato che tali cellule continuavano ad esprimere geni come Oct4 per un tempo prolungato. Oct4 è un gene che mantiene la capacità di una cellula staminale embrionale di auto-rinnovarsi e deve essere soppressa per indurre la differenziazione.
La deplezione di H1 sembra quindi compromettere la sopressione del gene Oct4 e dei geni Nanog coinvolti nel mantenimento della pluripotenza, mentre non sembra alterare la capacità di tali cellule di autorinnovarsi.
Le cellule embrionali che continuano il loro normale percorso di sviluppo porteranno alla produzione di embrioni nei quali sarà possibile individuare tutti e tre i foglietti embrionali (endoderma, mesoderma, ectoderma) che danno origine in stadi successivi dello sviluppo alle varie strutture dell'organismo.
Mentre nelle cellule che non presentano corrette espressioni dei sottotipi di istoni non mostrano la presenza di tali foglietti.
"Gli embrioni nei quali i sottotipi H1 non erano presenti mostrano una riduzione del livello di attivazione di molti geni dello sviluppo suggerendo che la differenziazione a tutti e tre i foglietti embrionali è stata influenzata. ", Ha osservato McDevitt.
"Quando abbiamo aggiunto uno dei sottotipi H1 eliminati i corpi embrionali, Oct4 è stata soppressa normalmente e la differenziazione dell'embrione ha continuato regolarmente," ha spiegato Fan. "La regolazione epigenetica dell'espressione Oct4 da H1 è stato evidente anche in embrioni di topo."
In un altro esperimento, i ricercatori hanno eseguito esperimenti volti ad "incoraggiare" le cellule staminali embrionali a differenziarsi in cellule nervose. Tuttavia, le triple-H1 knockout cellule erano difettose nella formazione di cellule neuronali e gliali.
Nel lavoro futuro, i ricercatori intendono scoprire se modificando l'espressione degli istoni i livelli dell'istone H1 si possa influenzare la riprogrammazione delle cellule adulte per ottenere cellule staminali pluripotenti indotte, che sono in grado di differenziarsi in tessuti in maniera analoga alle cellule staminali embrionali.
Fonti: Plos Genetics
1.Yunzhe Zhang, Marissa Cooke, Shiraj Panjwani, Kaixiang Cao, Beth Krauth, Po-Yi Ho, Magdalena Medrzycki, Dawit T. Berhe, Chenyi Pan, Todd C. McDevitt, Yuhong Fan. Histone H1 Depletion Impairs Embryonic Stem Cell Differentiation. PLoS Genetics, 2012; 8 (5): e1002691 DOI: 10.1371/journal.pgen.1002691
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