Forskere skaber ny teknik og løser central gåde for cellers hukommelse

Kroppens celler deler sig konstant gennem hele livet. Men hvordan husker og ved celler, om de skal udvikle sig til en hud-, lever- eller tarmcelle? Det er et spørgsmål, der i mange år har optaget videnskaben over hele verden. Nu er forskere fra det Sundhedsvidenskabelige Fakultet og Det Natur- og Biovidenskabelige Fakultet ved Københavns Universitet kommet lidt tættere på at forstå, hvordan det sker.

De har udviklet en teknik, der giver ny indsigt i den såkaldte epigenetiske cellulære hukommelse. Med den nye teknik kaldet SCAR-seq er det blevet muligt for forskerne at finde ud af, hvordan epigenetisk information gemt i histon-proteiner bliver overført, når DNA bliver kopieret, og celler deler sig. Det nye studie er netop blevet offentliggjort i det anerkendte, videnskabelige tidsskrift Science.

”Vi har udviklet et nyt værktøj til at se på overførsel af proteinbaseret information generelt, og hvordan det bidrager til overordnet epigenetisk cellulær hukommelse i mammale celler. For første gang kan vi se, hvilke proteiner der er på de to nye DNA-strenge, der dannes, når en celle deler sig selv og kopierer sit DNA. Det vil sige, at vi kan begynde at se på, hvordan proteinbaseret information arves og videreføres i de næste celler.”

”Det er første gang, at vi har direkte bevis for, at et protein er involveret i den her overførselsproces, som kobler overførslen af epigenetisk information i histoner med kopieringen af den dna-baserede genetiske information. Vi vidste godt, at det måtte blive overført på en eller anden måde, men vi har ikke vidst hvordan,” fortæller Anja Groth, professor ved Biotech Research & Innovation Centre, Københavns Universitet, og medforfatter til studiet.

Inde i menneskecellen er vores DNA viklet omkring histon-proteiner. De udgør tilsammen den struktur, som hedder kromatin. Når en celle deler sig, er det afgørende, at både DNA’et og hele kromatin-strukturen bliver kopieret. Her ligger der nemlig epigenetiske informationer, der påvirker, hvilke gener der skal komme til udtryk i forskellige celletyper. Det vil sige, den epigenetiske information, der er gemt i vores celler, er med til at styre, hvilke gener der så at sige er ’tændt’ og ’slukket’.

MCM2 sørger for kopiering af histoner

I det nye studie har forskerne undersøgt embryonale stamceller fra mus. Med SCAR-seq er det blevet muligt for forskergruppen at identificere det protein, der sørger for, at histon-proteiner bliver overført fra den gamle DNA streng til de to nye DNA-strenge under kopieringen - nemlig MCM2. Forskerne har længe haft en model omkring, at det kunne være MCM2, som var ansvarlig for den proces. Men det har ikke været muligt for dem at bevise før, at de havde udviklet teknologien SCAR-seq.

”Det har været et tilbagevendende spørgsmål, hvorvidt overførslen af histoner med information om deres kemiske modifikationer var helt tilfældig under DNA kopiering. I studiet viser vi, at det ikke er en tilfældig, men yderst kontrolleret proces. Vores data viser, at histonerne har en præference for den ene DNA-streng, den såkaldte leading strand, men at MCM2 træder ind og modvirker dette og sørger for, at der næsten er symmetri mellem de to nye DNA-strenge, altså en lige fordeling af histonbaseret information.”

”Hvis vi ødelagde den mekanisme blev alt histon-baseret information kun kopieret til den ene DNA-streng, nemlig leading strand, og ikke den anden, lagging strand. Det betyder, at den her mekanisme i MCM2 er essentiel for, at de to DNA-strenge er ens og modtager den samme information gemt i histoner,” fortæller medforfatter til studiet Robin Andersson, der er adjunkt ved Biologisk Institut, Københavns Universitet.

Forskerne ved endnu ikke, hvilken betydning det har for de embryonale celler i forhold til at kunne danne andre celletyper, når funktionen i MCM2, der sørger for korrekt fordeling af histonerne, er ødelagt. Det vil sige, om cellerne stadig kan medvirke til dannelsen af en hel mus. Det diskuteres også meget, hvor vigtig histonernes information faktisk er for epigenetik. Det bliver det næste skridt, som forskerne vil undersøge.

”Der er en masse potentiale i, at vi har kortlagt den her første del af mekanismen for hvordan dattercellerne arver histonerne og deres modifikationer fra modercellen. Nu kan vi begynde at undersøge, hvilken betydning denne overførsel af proteinbaseret information faktisk har for cellen og for udviklingen af organismen. Det er det langsigtede perspektiv,” fortæller professor Anja Groth.

Studiet er støttet af Danmarks Frie Forskningsfond, Det Europæiske Forskningsråd, Novo Nordisk Fonden og Lundbeckfonden.