Molecular control of pluripotency


Cite item

Abstract

Self-renewal capacity and pluripotency are the unigue features of embryonic stem cells [ESCs], that possess a prominent potential in the field of regenerative medicine. There are growing amount of data describing cell identity within inner cell mass of blastocyst in vivo and within ESCs population in vitro. Molecular mechanisms that are responsible for cells commitment and differentiation into specialized cell types are intensively studied. The aim of this review is to summarize the existing data about genetic and epigenetic mechanisms of mammalian embryonic stem cell self-renewal and pluripotency maintenance.

Full Text

Введение

Эмбриональные стволовые клетки [ЭСК], получаемые из клеток внутренней клеточной массы бластоцисты [ВКМ], характеризуются двумя основными свойствами: самообновлением популяции и плюрипотентностью, то есть способностью дифференцироваться в клетки примитивной энтодермы, примитивной эктодермы и трофэктодермы, которые затем дают начало всем типам клеток внеэмбриональных и эмбриональных тканей, а также тканей взрослого организма [1]. По этой причине они обладают огромным потенциалом в сфере регенеративной медицины. Вместе с тем, трансплантации ЭСК в организм животных с экспериментально индуцированным иммунодефицитом приводят к формированию тератом - первично доброкачественных опухолей, включающих в себя производные трех зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и энтодермы [2]. Понимание молекулярных механизмов, определяющих характеристики ЭСК, позволило бы управлять процессами поддержания плюрипотентности и запуска дифференцировки этих клеток в определенных направлениях, исключив вероятность образования опухолей.

В последние годы в научной литературе появляется все больше публикаций, позволяющих составить представление о том, каким образом происходит поддержание идентичности клеток внутренней клеточной массы бластоцисты [ВКМ] в условиях in vivo до начала коммитирования и дифференцировки, а также ЭСК в пределах популяции in vitro [З, 4]. Цель обзора - суммировать и проанализировать накопившиеся на сегодняшний день сведения о генетических и эпигенетических факторах, задействованных в поддержании свойств эмбриональных стволовых клеток млекопитающих.

Генетический контроль плюрипотентности: факторы Oct4, Nanog и Sox2

В процессе эмбрионального развития происходит постепенное изменение спектра транскрипционных факторов, действующих в различных клеточных популяциях. От этого зависит, в какой последовательности будут дифференцироваться ЭСК и какие из них сохранят плюрипотентность на более длительный период [рис. 1]. Гомеодоменные транскрипционные факторы Cct4 [также называемый в литературе Cct3, либо Pou5f1] и Nanog считаются многими авторами ключевыми регуляторами плюрипотентности и экспрессируются в плюрипотентных линиях ЭСК in vitro, что было показано для клеток человека и мыши [5-7] [рис. 2]. Существует гипотеза, предполагающая, что совместно с фактором FoxD3 они формируют систему регуляции транскрипции с отрицательной обратной связью, поддерживая и ограничивая экспрессию друг друга [8] [рис. 3].

 

Рис. 1. Изменение экспрессии транскрипционных факторов в процессе эмбрионального развития. Oct4, Nanog и Sox2 экспрессируются в линиях плюрипотентных клеток. Показаны факторы, ответственные за развитие трофэктодермы (Cdx2), экстраэмбриональной энтодермы [GataC] и соматических клеточных линий [GCNF] [по Johnson B.V. et al., 2006 с изм.]

 

Рис. 2. Изменение соотношения концентраций Oct4 и Nanog в плюрипотентных ЭСК мыши приводит к потере или модификациям их свойств. При равных внутриклеточных концентрациях этих факторов и экзогенной стимуляции UF ЭСК способны к самообновлению. Делеция Nanog приводит к дифференцировке ЭСК в примитивную энтодерму, делеция Oct4 — к дифференцировке в трофэктодерму. Повышение концентрации Oct4 на 50% вызывает образование из ЭСК смешанной популяции, в которой присутствуют клетки энтодермального и мезодермального происхождений. До настоящего времени не известен фенотип ЭСК, в которых одновременно повышены уровни Oct4 и Nanog [по Chambers I. et al., 2004 с изм.]

 

Рис. 3. Схема взаимодействия факторов самообновления. A. Oct4 и Nanog необходимы для поддержания самообновления ЭСК. Предполагаемая модель регуляторной системы, включающей Oct4, Nanog и FoxD3. FoxD3 и Nanog являются позитивными регуляторами транскрипции Oct4, в то время как Oct4 подавляет собственную экспрессию и экспрессию Nanog. Б. Схематическая диаграмма взаимодействия Oct4, Nanog и FoxD3 [по Pan G. et al., 2006 с изм.]

 

Подавление экспрессии Cct4 приводит к ранней дифференцировке ВКМ бластоцисты in vivo и ЭСК in vitro в трофэктодерму, вто время как гиперэкспрессия этого фактора выражается в дифференцировке ЭСК в примитивные энтодерму и мезодерму. Таким образом, для поддержания плюрипотентности экспрессия Cct4 в клетках должна строго контролироваться и поддерживаться на определенном уровне [9-11]. Cct4 регулирует экспрессию тканеспецифических генов, взаимодействуя с другими факторами, а именно - с FGF-4 [fibroblast growth factor-4], специфичным для ЭСК [12], Sox2 [high mobility group box protein Sox2] [13].

Фактор Nanog был описан в 2003 году исследователями из научной группы I. Chambers. [14]. До настоящего времени считалось, что он на определенном уровне постоянно экспрессируется в клетках ВКМ и ЭСК, а его отсутствие приводит к утрате плюрипотентности и немедленной дифференцировке стволовых клеток в примитивную энтодерму [14, 15]. Однако в настоящее время показано, что его экспрессия не конститутивна и изменяется в процессе эмбриогенеза, модулируя способность ЭСК к образованию специализированных типов клеток; а при искусственном блокировании экспрессии Nanog в ЭСК не происходит немедленной активации процессов дифференцировки и клетки сохраняют плюрипотентность, полностью утрачивая, однако, способность давать начало линии первичных половых клеток [16-18].

Самая простая модель работы белков Gct4, Nanog и Sox2 предполагает, что эти факторы совместно определяют дальнейшее развитие ЭСК, взаимодействуя с другими транскрипционными факторами, ответственными за дифференцировку [табл.]. Так, например, было продемонстрировано, что баланс Gct4 и гомеодоменного белка Cdx2 влияет на дифференцировку ЭСК в клетки трофэктодермы [19]. Cct4 и Cdx2 являются антагонистами, подавляя экспрессию друг друга. Cct4 ответственен за образование ВКМ, из которой получают ЭСК, в то время как Cdx2 необходим для развития трофэктодермы [20]. Oct4 и Cdx2 также регулируют работу белка эомезодермина [eomesodermin], который необходим для развития трофэктодермы [10]. Из этого можно заключить, что для первичной сегрегации ВКМ и трофэктодермы требуется сочетанное действие по крайней мере трех транскрипционных факторов.

Похожим образом баланс уровней фактора Nanog и продуктов целого ряда генов: Cdx2, Gata2, hCG-а и hCG-ß определяет дифференцировку ЭСК в трофэктодерму [21], а соотношение концентраций Nanog, Gata4 и GataB регулирует дифференцировку ЭСК в энтодермальном направлении. Повышение экспрессии Gata4 и GataB в клетках ВКМ ведет к их дифференцировке в энтодермальном направлении, что происходит и при подавлении экспрессии Nanog, который, в частности, является негативным транскрипционным регулятором экспрессии Gata4 и Gata6 [15, 17, 21, 22-24]. Следует отметить, что Gata4 и Gata6 не являются единственными антагонистами Nanog, определяющими дифференцировку в энтодермальном направлении. Одним из менее упоминаемых генов, экспрессия которого в ЭСК человека приводит к подавлению транскрипции Nanog, является Laminin-b1 [25]. Из этого можно заключить, что некоторые факторы, функции которых считаются хорошо известными и не связанными с поддержанием свойств эмбриональных стволовых клеток, могут также участвовать в поддержании плюрипотентности и самообновления.

Gct4, Вох2 и Nanog считаются факторами, ответственными как за плюрипотентность, так и за выбор пути дифференцировки ЭСК. Они определяют экспрессионные паттерны транскрипционных факторов, экспрессирующихся в клетках ВКМ по прохождении эмбрионом стадии бластоцисты и в ЭСК при их коммитировании к дифференцировке. Современные данные позволяют составить довольно подробную схему контроля плюрипотентности. Картирование сайтов связывания Gct4 и Nanog в ДНК эмбриональных стволовых клеток человека и мыши [7, 25] позволило выявить ряд генов, с которыми взаимодействуют Gct4, Nanog и Sox2, а также оценить степень влияния каждого из этих факторов на процессы развития, построив, таким образом, иерархию транскрипционных факторов, действующих в ЭСК [рис. 4]. Однако такая иерархия, как показывают многие работы, не универсальна, и о ней можно говорить только применительно к каждому отдельному виду живых организмов [26], что вынуждает к осторожной интерпретации данных, полученных на модельных объектах, при объяснении процессов, происходящих в ЭСК человека.

 

Рис. 4. Иерархия транскрипционных факторов, отвечающих за плюрипотентность и дифференцировку ЭСК мыши и человека [по Boyer L.A., 2006 с изм.]

 

Таким образом, существует ограниченный набор ключевых транскрипционных факторов, характер экспрессии которых существенен для ранних этапов развития эмбриона и дифференцировки ЭСК в культуре. В то же время эффекты этих белков неодинаковы в условиях in vivo и in vitro, так как, по-видимому, существуют до настоящего времени неизвестные механизмы, играющие важную роль в запуске тех или иных сигнальных путей в клетках.

Эпигенетический контроль плюрипотентности

В данном случае под «эпигенетическими» рассматриваются внутриклеточные факторы реорганизации хроматина, оказывающие влияние на экспрессию генома. Реорганизация хроматина является неотъемлемой частью активации генетических программ, реализация которых определяет направление дифференцировки стволовых клеток как in vivo, так и in vitro [26-28]. Например, хроматин в ЭСК представлен в основном транскрипционно активным эухроматином, что подтверждается наличием большого количества ацетилированных гистонов и повышенной чувствительностью хроматина к нуклеазам. В то же время коммитирование клеток сопровождается понижением степени ацетилирования гистонов и сопутствующим увеличением процента неактивного гетерохроматина. Таким образом, ограничение плюрипотентности тесно связано с уменьшением пластичности генома ЭСК [28].

Анализ изменений организации хроматина в ЭСК демонстрирует высокую степень динамической ассоциации структурных протеинов [основных и вариабельных гистонов, линкерного гистона Н1, гистона НЗ, а также протеина, ассоциированного с гетерохроматином - НР1 а] с хроматином плюрипотентных ЭСК в отличие от хроматина дифференцированных клеток. Замена гистона Н1 его модификацией, имеющей более высокое сродство к ДНК, приводит к ингибированию дифференцировки ЭСК; в то время как замена гистона НЗ его модификацией НЗ.З, являющейся маркером активной транскрипции, ускоряет дифференцировку ЭСК [29]. Из этого можно сделать вывод, что структурные белки хроматина в ЭСК слабо связаны с ДНК, обеспечивая быструю реорганизацию хроматина в процессе дифференцировки.

 

Таблица. Транскрипционные факторы, определяющие плюрипотентность ЗСК и их дифференцировку

[по данным Boyer L.A. et al., 2006; Kehler J. et al., 2004; Maruyama M. et al., 2005; Shi W. et al., 2006; Suzuki A. et al., 2006]

Транскрипционный фактор

Паттерн экспрессии

Результат подавления экспрессии

Функция

в эмбриональном развитии

в ЭСК

Oct4

Экспрессируется в овоците, в оплодотворенной яйцеклетке, клетках ВКМ, эпибласте, ЭСК, клетках эмбриональной карциномы и линии первичных половых клеток

Гибель эмбрионов на стадии бластоцисты, дифференцировка клеток эпибласта в трофэктодерму, апоптоз первичных половых клеток

Потеря плюрипотентности, дифференцировка в трофэктодерму

Дифференцировка в энтодермальном и мезодермальном направлениях

Nanog

Экспрессируется в клетках морулы, ВКМ, эпибласта, ЭСК, эмбриональной карциномы и линии первичных половых клеток

Гибель эмбрионов, недоразвитие эпибласта, дифференцировка ВКМ в трофэктодерму, блок развития линии первичных половых клеток

Потеря плюрипотентности, дифференцировка в примитивную энтодерму

LIF-независимое самообновление популяций ЭСК, устойчивость к индукции дифференцировки ретиноевой кислотой, блокирование дифференцировки ЭСК в мезодермальном направлении, индуцированной фактором BMP

Sox2

Экспрессируется в овоците, ВКМ, эпибласте, линии первичных половых клеток, мультипотентных клетках внезародышевой эктодермы, клетках-предшественницах нервной ткани, энтодерме

Гибель эмбрионов в связи

с неспособностью образовывать эпибласт

Нарушение экспрессии генов Fgf4 и Fbx15

 

Sox15

Экспрессируется в овоците, ВКМ, эпибласте, линии первичных половых клеток, мультипотентных клетках внезародышевой эктодермы, клетках-предшественницах нервной ткани, энтодерме

Эмбрионы развиваются нормально

Нарушение экспрессии факторов Otx2, Ctgf, Ebaf, Hrc

 

Stat3

Экспрессируется большинством типов клеток как недифференцированных, так и дифференцированных

Гибель эмбрионов на стадии бластоцисты

Дифференцировка в примитивную эктодерму и мезодерму (показано для ЭСК мыши)

LIF-независимое самообновление популяций ЭСК

Cdx2

Экспрессируется в наружных клетках морулы, а также клетках трофэктодермы

Гибель эмбрионов на стадии имплантации

Остановка дифференцировки в трофэктодерму

Дифференцировка ЭСК в клетки трофобласта

Gata6

Экспрессируется в клетках внезародышевой энтодермы

Гибель эмбрионов в связи с дефектами формирования висцеральной энтодермы

 

Дифференцировка ЭСК в энтодермальном направлении

Gata4

Rex-1

Экспрессируется в клетках внезародышевой энтодермы

Экспрессируется исключительно в клетках ВКМ и в тератокарциномах, образующихся из ЭСК

Гибель эмбрионов в связи с дефектами морфогенеза сердца

Неспособность ЭСК дифференцироваться в клетки висцеральной энтодермы

Дифференцировка ЭСК в энтодермальном направлении

 

С этим согласуется тот факт, что тканеспецифичные гены в геноме ЭСК находятся в состоянии подавленной активности. Их активация при коммитировании ЭСК происходит очень быстро, так как в ЭСК постоянно присутствуют активные эпигенетические регуляторы [30, 31].

Участки ДНК в ядрах ЭСК, содержащие многие тканеспецифичные гены, образуют комплексы с так называемыми бивалентными структурными протеинами, состоящими из супрессорного гистона НЗК27теЗ и активирующего гистона НЗК4теЗ. Это приводит к быстрому переключению транскрипционных каскадов в процессе эмбрионального развития [32, 33]. Следует отметить, что большинство генов-мишеней Gct4, Sox2 и Nanog находятся в составе таких бивалентных доменов в ДНК, что обеспечивает их быструю регуляцию [активацию и супрессию] как в процессе развития бластоцисты in vivo, так и при культивировании ЭСК in vitro [25, 33-34]. Также следует принимать во внимание участие в регуляции их экспрессии хроматин-ремодулирующих транскрипционных репрессоров из семейства Polycomb-белков [PcG], которые могут индуцировать как локальные, так и глобальные перестройки структуры хроматина, тем самым влияя на экспрессию генома.

Роль PcG-факторов в поддержании свойств ЭСК

PcG-гены включают по крайней мере два различных репрессорных комплекса [PRC1 и PRC2-PRC3], строение которых крайне консервативно [37]. Роль их в поддержании плюрипотентности связана с участием в формировании паттерна экспрессии генов, отвечающих за первые этапы развития эмбриона in vivo [38-45], формирование плюрипотентных линий ЭСК в культурах in vitro [40] и поддержание недифференцированного состояния стволовых клеток взрослого организма [42, 43].

Исследования, проведенные на ЭСК человека и мыши, показали, что PRC1 и PRC2 связываются с широким спектром генов, представляющих собой транскрипционные и сигнальные факторы, роль которых в развитии известна. Гены, связанные с PcG-протеинами, в своей промоторной области также содержат гистон НЗК27теЗ, чья супрессивная активность катализируется PRC2. Таким образом, PcG- факторы являются супрессорами транскрипционной активности тканеспецифических генов в ЭСК [33, 35]. В отсутствии одного из компонентов PRC2 - субъединицы Eed - ЭСК претерпевают спонтанную разнонаправленную дифференцировку [35], при этом отсутствие другого компонента - Ezn2 - никак не влияет на самообновление и сохранение плюрипотентности популяций ЭСК [40]. Это говорит о Eed как об одном из ключевых белков в регуляции поддержания плюрипотентности ЭСК. Тем не менее, фактору PRC2 и белку Eed в литературе уделяется мало внимания.

Таким образом, сложно говорить о роли всех PcG-npoтеинов в поддержании плюрипотентности ЭСК. Большое число PcG-протеинов ассоциировано с генами Gct4, Sox2 и Nanog, однако не служит для подавления их экспрессии. По- видимому, Gct4, Sox2 и Nanog могут служить сигналами для активации PcG-протеинов и последующей супрессии тканеспецифичных генов [34, 35], но с уверенностью делать подобный вывод преждевременно.

Роль метилирования гистонов и ДНК в поддержании свойств ЭСК

Свидетельства влияния уровня метилирования гистонов и ДНК на экспрессию генома можно обнаружить в нескольких экспериментальных работах, где были показаны динамические изменения метилирования гистонов [46] и ДНК [47] in vivo на развивающихся эмбрионах мыши. Сразу после оплодотворения в яйцеклетке таких млекопитающих, как мышь и человек, падает уровень метилирования ДНК [48], восстанавливаясь к стадии бластоцисты в клетках ВКМ [47] и вновь постепенно снижаясь по мере развития эмбриона [49]. Профиль метилирования при этом строго видоспецифичен, и у других видов млекопитающих, таких как корова, овца и свинья, восстановления метилирования на стадии бластоцисты не происходит [50]. По-видимому, метилирование - более позднее эволюционное приобретение, чем PcG-факторы, и не является универсальным механизмом репрессии транскрипции и подавления дифференцировки клеток [51]. Наиболее распространенной разновидностью эпигенетических изменений в клетках млекопитающих является симметричное метилирование цитозина в 5’ позиции в CpG динуклеотидах [в которых за цитозином располагается гуанин] [52].

Локус-специфическое метилирование гистонов и ДНК в клетках внутренней клеточной массы сохраняется в получаемых из них культурах ЭСК [50]. В случае присутствия в клетках ВКМ эпигенетических нарушений, эти нарушения сохраняются в ЭСК и их производных [53].

Эпигенетические изменения в ЭСК человека имеют большое значение с точки зрения применения этих клеток в целях регенеративной медицины. Уровень метилирования ДНК может ограничивать или, напротив, стимулировать дифференцировку ЭСК в определенные типы клеток [5456]. Например, дифференцировка ЭСК в кардиомиоциты может быть ускорена с помощью применения ингибиторов фермента ДНК-метилтрансферазы [57].

Относительно способности ЭСК приводить к формированию тератом при трансплантации в организм животных с экспериментально индуцированным иммунодефицитом также существует точка зрения, что опухоли образуются из клеток с нарушениями метилирования генома [50], поскольку многие типы онкологических заболеваний человека связаны с гиперметилированием или, наоборот, гипометилированием определенных участков ДНК [58]. С помощью метилирования могут быть подавлены гены- супрессоры опухолевого роста или, напротив, активированы протоонкогены.

Помимо значимости для медицины, характеристика изменения профиля метилирования в клетках ВКМ при развитии бластоцисты и ЭСК в процессе культивирования in vitro и дифференцировки, а также различия профилей метилирования между разными клеточными линиями ЭСК является фундаментальным вопросом биологии развития.

Заключение

Плюрипотентность популяций ЭСК определяется активностью специфических транскрипционных факторов, таких как Gct4, Nanog, 8ох2 и некоторых других. Эти факторы обладают уникальными паттернами экспрессии, и от их баланса в каждый момент эмбрионального развития зависит коммитирование и дифференцировка эмбриональных стволовых клеток. В то же время, самообновление и плюрипотеность ЭСК тесно связаны со специфическими модификациями ковалентных связей гистонов с ДНК, а также степенями ассоциации транскрипционных факторов с хроматином, то есть с эпигенетическими факторами. На процессы, связанные с поддержанием свойств ЭСК, влияет активность некоторых ферментов, например хроматин-ремодулирующих факторов из PcG-группы, а также уровень метилирования гистонов и ДНК. Таким образом, невозможно выделить один или несколько ключевых факторов, от которых зависят характеристики ЭСК. Тем не менее, зная всю сложную схему взаимодействий этих факторов, можно предполагать, как отразится изменение экспрессии одного или нескольких из них на свойствах ЭСК.

×

About the authors

A. S. Grigorian

Trans-Technologies Ltd.

Author for correspondence.
Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Saint-Petersburg

P. V. Kruglyakov

Trans-Technologies Ltd.

Email: info@eco-vector.com
Russian Federation, Saint-Petersburg

References

  1. Keller G. Embryonic stem cell differentiation: emergence of a new era in biology and medicine. Genes Dev. 2005; 19:1129-55.
  2. Blum B., Benvenisty N. Clonal Analysis of Human Embryonic Stem Cell Differentiation into Teratomas. Stem Cells 2007; 25:1924-30.
  3. de la Serna I.L., Ohkawa Y., Imbalzano A.N. Chromatin remodelling in mammalian differentiation: lessons from ATP-dependent remodellers. Nat. Rev. Genet. 2006; 7:461-73.
  4. Lin W., Dent S.Y. Functions of histone-modifying enzymes in development. Curr. Opin. Genet. Dev. 2006; 16:137-42.
  5. Smith A.G. Embryo-derived stem cells: of mice and men. Ann. Rev. Cell. Dev. Biol. 2001;17:435-62.
  6. Chambers I., Yates A. The homeodomain protein Nanog and pluripotency in mouse embryonic stem cells. Biochemical society transactions 2005; 33: 1518-21.
  7. Loh Y.H., Wu Q., Chew J.-L. et al. The 0ct4 and Nanog transcription network regulates pluripotency in mouse embryonic stem cells. Nature Genetics 2005; 38:431-40.
  8. Pan G., Lin J., Zhou Y. et al. A negative feedback loop of transcription factors that controls stem cell pluripotency and self-renewal. The FASEB J. 2006; 20: 1094-02.
  9. Nichols J., Zevnik B., Anastassiadis K. et al. Formation of pluripotent stem cells in the mammalian embryo depends on the POU transcription factor Oct4. Cell 1998;95:379-91.
  10. Niwa H., Miyazaki J., Smith A.G. Quantitative expression of Oct-3/4 defines differentiation, dedifferentiation or selfrenewal of ES cells. Nat. Genet. 2000; 24: 372-6.
  11. Rodriguez R.T., Velkey J.M., Lutzko C. et al. Manipulation of OCT4 levels in human embryonic stem cells results in induction of differential cell types. Experimental Bio. Med. 2007; 232:1368-80.
  12. Avery S., Inniss K., Moore H. The regulation of self-renewal in human embryonic stem cells. Stem Cells and Dev. 2006; 15: 729-40.
  13. Boiani M., Schöler H.R. Regulatory networks in embryo-derived pluripotent stem cells. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2005; 6: 872-84.
  14. Chambers I., Colby D., Robertson M. et al. Functional Expression Cloning of Nanog, a Pluripotency Sustaining Factor in Embryonic Stem Cells. Cell 2003; 113: 643-55.
  15. Mitsui K., Tokuzawa Y., Itoh H. et al. The homeoprotein Nanog is required for maintenance of pluripotency in mouse epiblast and ES cells. Cell 2003; 113: 631-42.
  16. Chambers I., Silva J., Colby D. et al. Nanog safeguards pluripotency and mediates germline development. Nature 2007; 450:1230-5.
  17. Hough S.R., Clements I., Welch P.J., Wiederholt K.A. Differentiation of mouse embryonic stem cells after RNA interference-mediated silencing of OCT4 and Nanog. Stem Cells 2006; 24:1467-5.
  18. Kehler J., Tolkunova E., Koschorz B. et al. 0ct4 is required for primordial germ cell survival. EMBO reports 2004; 5:1078-83.
  19. Niwa H., Toyooka Y., Shimosato D. et al. Interaction between 0ct3/4 and Cdx2 determines trophectoderm differentiation. Cell 2005; 123: 917-29.
  20. Strumpf D., Мао C.A., Yamanaka Y. et al. Cdx2 is required for correct cell fate specification and differentiation of trophectoderm in the mouse blastocyst. Dev. 2005; 132: 2093-102.
  21. Hyslop L, Stojkovic M., Armstrong L. et al. Downregulation of NANOG induces differentiation of human embryonic stem cells to extraembryonic lineages. Stem Cells 2005; 23:1035-43.
  22. Fujikura J., Yamato E., Yonemura S. et al. Differentiation of embryonic stem cells is induced by GATA factors. Genes Dev. 2002; 16: 784-9.
  23. Capo-Chichi C.D., Rula M.E., Smedberg J.L. et al. Perception of differentiation cues byGATAfactors in primitive endoderm lineage determination of mouse embryonic stem cells. Dev. Biol. 2005; 286: 574-86.
  24. Singh A.M., Hamazaki T., Hankowski K.E., Terada N. A heterogeneous expression pattern for Nanog in embryonic stem cells. Stem Cells 2007; 25: 2534-42.
  25. Boyer L.A., Lee T.I., Cole M.F. et al. Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. Cell 2005; 122: 947-56.
  26. Boyer L.A., Mathur D., Jaenisch R. Molecular control of pluripotency. Current Opinion in Genetics & Dev. 2006; 16: 455-62.
  27. Humphrey R.K., Beattie G.M., Lopez A.D. et al. Maintenance of Pluripotency in Human Embryonic Stem Cells is Stat3 independent. Stem Cells 2004; 22: 522-30.
  28. Niwa H. How is pluripotency determined and maintained? Dev. 2007; 134: 635-46.
  29. Meshorer E., Yellajoshula D., George E. et al. Hyperdynamic plasticity of chromatin proteins in pluripotent embryonic stem cells.Dev. Cell 2006; 10:105-16.
  30. Levings P.P., Zhou Z., Vieira K.F. et al. Recruitment of transcription complexes to the b—globin locus control region and transcription of hypersensitive site 3 prior to erythroid differentiation of murine embryonic stem cells. FEBS J. 2006; 273: 746-55.
  31. Szutorisz H., Canzonetta C., Georgiou A. et al. Formation of an active tissue-specific chromatin domain initiated by epigenetic marking atthe embryonic stem cell stage. Mol. Cell. Biol. 2005; 25:1804-20.
  32. Azuara V., Perry P., Sauer S. et al. Chromatin signatures of pluripotent cell lines. Nat. Cell Biol. 2006; 8: 532-8.
  33. Bernstein B.E., Mikkelsen T.S., Xie X. et al. A bivalent chromatin structure marks key developmental genes in embryonic stem cells. Cell 2006; 125: 315-26.
  34. Boyer L.A., Plath K., Zeitlinger J. et al. Polycomb complexes repress developmental regulators in murine embryonic stem cells. Nature 2006; 441: 349-53.
  35. Lee T.I., Jenner R.G., Boyer L.A. et al. Control of developmental regulators by Polycomb in human embryonic stem cells. Cell 2006; 125: 301-13.
  36. Spivakov M., Fisher A.G. Epigenetic signatures of stem-cell identity. Nat. Rev. Genet. 2007; 8(4): 263-71.
  37. Levine S.S., Weiss A., Erdjument-Bromage H. et al. The core of the Polycomb repressive complex is compositionally and functionally conserved in flies and humans. Mol. Cell Biol. 2002; 22: 6070-8.
  38. Voncken J.W., Roelen B.A., Roefs M. et al. Rnf2 (Ringlb) deficiency causes gastrulation arrest and cell cycle inhibition. Proc. Natl. Acad. Sei. USA 2003; 100: 2468-73.
  39. Pasini D., Bracken A.P., Jensen M.R. et al. Suz12 is essential for mouse development and for EZH2 histone methyltransferase activity. EMBO J. 2004; 23:4061-71.
  40. O'Carroll D., Erhardt S., Pagani M. et al. The Polycomb-group gene Ezh2 is required for early mouse development. Mol. Cell Biol. 2001; 21: 4330-6.
  41. Shumacher A., Faust C., Magnuson T. Positional cloning of a global regulator of anterior-posterior patterning in mice. Nature 1996; 383: 250-3.
  42. Molofsky A.V., Pardal R., Iwashita T. et al. Bmi-1 dependence distinguishes neural stem cell self-renewal from progenitor proliferation. Nature 2003; 425: 962-7.
  43. Park I.K., Qian D., Kiel M. et al. Bmi-1 is required for maintenance of adult self-renewing haematopoietic stem cells. Nature 2003; 423: 302-5.
  44. Tolhuis B., Muijrers I., de Wit E. et al. Genome-wide profiling of PRC1 and PRC2 Polycomb chromatin binding in Drosophila melanogaster. Nat. Genet. 2006; 38:694-9.
  45. Schwartz Y.B., Kahn T.G., Nix D.A. et al. Genome-wide analysis of Polycomb targets in Drosophila melanogaster. Nat. Genet. 2006; 38: 700-5.
  46. Arney K.L., Bao S., Bannister A.J. et al. Histone methylation defines epigenetic asymmetry in the mouse zygote. Int. J. Dev. Biol. 2002; 46: 317-20.
  47. Santos F., Hendrich B., Reik W., Dean W. Dynamic reprogramming of DNA methylation in the early mouse embryo. Dev. Biol. 2002; 241:172-82.
  48. Beaujean N.. Hartshorne G., Cavilla J. Non-conservation of mammalian preimplantation methylation dynamics. Curr. Biol. 2004; 14: R266-67.
  49. Santos F., Hendrich B., Reik W., Dean W. Dynamic reprogramming of DNA methylation in the early mouse embryo. Dev. Biol. 2002; 41:172-82.
  50. Allegrucci C., Denning C., Priddle H., Young L. Stem-cell consequences of embryo epigenetic defects. Lancet 2004; 364: 206-8.
  51. Santos F., Dean W. Epigenetic reprogramming during early development in mammals. Reproduction 2004; 127: 643-51.
  52. Bestor Т.Н. The DNA methyltransferases of mammals. Hum. Molec. Genet. 2000; 9: 2395-502.
  53. Dean W., Bowden L, Aitchison A. Altered imprinted gene methylation and expression in completely ES cell-derived mouse fetuses. Dev. 1998; 125:2273-82.
  54. Ansel K.M., Lee D.U., Rao A. An epigenetic view of helper T cell differentiation. Nature Immunol. 2003; 4: 616-23.
  55. Frostesjo L, Holm I., Grahn B. et al. Interference with DNA methyltransferase activity and genome methylation during F9 teratocarcinoma stem cell differentiation induced by polyamine depletion. J. Biol. Chem. 1997; 272:4359-66.
  56. Maatouk D.M., Resnick J.L. Continuing primordial germ cell differentiation in the mouse embryo is a cell-intrinsic program sensitive to DNA methylation. Dev. Biol. 2003; 258: 201-8.
  57. Xu C., Police S., Rao N.. Carpenter M.K. Characterization and enrichment of cardiomyocytes derived from human embryonic stem cells. Circ. Res. 2002; 91: 501-8.
  58. Szyf M. DNA methylation and cancer therapy. Drug Resist. Update 2003; 6: 341-53.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. Fig. 1. Changes in the expression of transcription factors during embryonic development. Oct4, Nanog, and Sox2 are expressed in pluripotent cell lines. The factors responsible for the development of trophectoderm (Cdx2), extraembryonic entoderm [GataC] and somatic cell lines [GCNF] are shown [by Johnson B.V. et al., 2006 with modifications].

Download (420KB)
2. Fig. 2. Changes in the ratio of Oct4 and Nanog concentrations in mouse pluripotent ESCs result in loss or modifications of their properties. At equal intracellular concentrations of these factors and exogenous stimulation of UF ESCs are capable of self-renewal. Nanog deletion leads to differentiation of ESCs into primitive entoderm, Oct4 deletion leads to differentiation into trophectoderm. A 50% increase in Oct4 concentration causes the formation of a mixed population of ESCs with cells of entodermal and mesodermal origin. The phenotype of ESCs in which the levels of Oct4 and Nanog are simultaneously increased is not known until now [according to Chambers I. et al., 2004 with modifications].

Download (166KB)
3. Fig. 3. Scheme of interaction of self-renewal factors. A. Oct4 and Nanog are necessary to maintain self-renewal of ESCs. A putative model of the regulatory system including Oct4, Nanog and FoxD3. FoxD3 and Nanog are positive regulators of Oct4 transcription, while Oct4 suppresses its own expression and that of Nanog. Б. Schematic diagram of Oct4, Nanog, and FoxD3 interaction [from Pan G. et al., 2006 with modifications].

Download (137KB)
4. Fig. 4. Hierarchy of transcription factors responsible for pluripotency and differentiation of mouse and human ESCs [from Boyer L.A., 2006 with modifications].

Download (694KB)

Copyright (c) 2008 Eco-Vector



СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: ПИ № ФС 77 - 85657 от 21.07.2023 от 11.03.2014.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies