Genetic and epigenetic regulatory networks in mouse embryonic stem cells
Authors: Χατζημιχαήλ Χριστιάνα 
Published: August 2021

Τα τελευταία χρόνια, πληθώρα ερευνητικών εργασιών κατέδειξε ότι τόσο τα μικρά-RNAs όσο και η πρωτεΐνη προμυελοκυταρικής λευχαιμίας (ΠΠΛ) διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο σε πολλές κυτταρικές διαδικασίες, συμπεριλαμβανομένου του πολλαπλασιασμού, της απόπτωσης και της ογκογένεσης. Παράλληλα, ο ρόλος τους έχει συσχετιστεί με τη ρύθμιση των βλαστικών κυττάρων. Συγκεκριμένα, έχει δειχθεί ότι πολλά μικρά-RNAs συμβάλουν στη διατήρηση των εμβρυικών βλαστικών κυττάρων (ΕΒΚ) (miR-290-295), ενώ άλλα προάγουν τη διαφοροποίηση αυτών (miR-34a, miR-145). Επιπρόσθετα, έρευνες με τη χρήση κυττάρων εμβρυικού καρκινώματος και ΕΒΚ ανέδειξαν την αλληλεπίδραση δύο βασικών ρυθμιστών της πλειοδυναμίας -Oct4 και Nanog- με τη ΠΠΛ, η οποία με τη σειρά της έχει χαρακτηρισθεί ως ρυθμιστής των μονοπατιών μεταβολισμού σε βλαστικά συστήματα (αιμοποιητικά βλαστικά κύτταρα) και ως βασικό στοιχείο της διατήρησης των λευχαιμικών αρχέγονων κυττάρων. Η παρούσα διδακτορική διατριβή είχε ως στόχο τη κατανόηση του μοριακού μηχανισμού ρύθμισης των ΕΒΚ τόσο από τα μικρά-RNAs όσο και από τη ΠΠΛ.Στο πρώτο μέρος της διατριβής, παρουσιάζονται 4 νέα μικρά-RNAs (miR-16-1, miR-191, miR-23a, miR-421), τα οποία εκφράζονται ποικιλοτρόπως κατά τη διαφοροποίηση. Συγκεκριμένα, τα miR-16-1 και miR-191 εκφράζονται σε υψηλά επίπεδα στα ΕΒΚ και καταστέλλουν το σηματοδοτικό μονοπάτι Activin-Nodal, παρεμποδίζοντας τη μεσοδερμική και ενδοδερμική διαφοροποίηση. Το miR-23a, του οποίου η έκφραση μειώνεται σημαντικά κατά τη διαφοροποίηση, μετριάζει τη κατεύθυνση προς την ενδοδερμική και εκτοδερμική στιβάδα. Αντίθετα, το miR-421 στοχεύει το βασικό παράγοντα πλειοδυναμίας, Oct4, καθώς και στοιχεία του BMP σηματοδοτικού μονοπατιού, Smad5 and Id2, καθιστώντας το ως ρυθμιστή της διαφοροποίησης των ΕΒΚ. Τα αποτελέσματα αυτά υποδεικνύουν ένα νέο μηχανισμό αλληλεπίδρασης μεταξύ των παραπάνω μικρών-RNAs και των δύο κλάδων του TGF-β μονοπατιού, τονίζοντας τη σημαντικότητά τους σε αποφάσεις-κλειδιά για τη μοίρα των βλαστικών κυττάρων. Στο δεύτερο μέρος της ερευνητικής εργασίας, μελετήθηκε και συσχετίστηκε ο ρόλος της ΠΠΛ με την αδιαφοροποίητη κατάσταση των ΕΒΚ. Συγκεκριμένα, η αποσιώπηση της ΠΠΛ οδηγεί στην επαγωγή παραγόντων διαφοροποίησης των τριών βλαστικών στιβάδων και ενισχύει τη μεσοδερμική κατεύθυνση, ενώ αντίθετα η υπερέκφρασή της παρεμποδίζει τη διαφοροποίηση και διατηρεί το φαινότυπο των ΕΒΚ. Με τη χρήση μικροσυστοιχιών έκφρασης σε ΕΒΚ παρουσία και απουσία της ΠΠΛ, βρέθηκαν εκτεταμένες αλλαγές στο πρότυπο γονιδιακής έκφρασης. Μια ομάδα αυτορυθμιζόμενων γονιδίων εμπλέκεται στη μετάβαση από την αρχέγονη πλειοδύναμη στην ενεργοποιημένη-όψιμη κατάσταση επιβλάστης, ενώ μια άλλη σχετίζεται με τον κυτταρικό κύκλο και τα σηματοδοτικά μονοπάτια που εμπλέκονται στα ΕΒΚ. Επιπρόσθετα, ο επαναπρογραμματισμός ινοβλαστών από έμβρυο ποντικού με αποσιωπημένη τη ΠΠΛ δεν ήτανε επιτυχής, επισημαίνοντας ότι η ΠΠΛ είναι αναγκαία για την ολοκλήρωση της διαδικασίας. Ο πιθανός προτεινόμενος μηχανισμός δράσης της ΠΠΛ στον επαναπρογραμματισμό βασίζεται στη ρύθμιση της επιθηλιακής-μεσεγχυματικής μετάβασης μέσω του TGF-β μονοπατιού. Τα στοιχεία αυτά αποκαλύπτουν ότι η ΠΠΛ διαδραματίζει καθοριστικό ρόλο τόσο στη πλειοδυναμία των ΕΒΚ όσο και στον επαναπρογραμματισμό σωματικών κυττάρων.