NANOG — это транскрипционный фактор, участвующий в самообновлении недифференцированных эмбриональных стволовых клеток.
Эмбриональные стволовые клетки
Ген Nanog экспрессируется в эмбриональных стволовых клетках и является основным фактором плюрипотентности. NANOG вместе с другими факторами POU5F1 (Oct-4) и SOX2 обеспечивает статус эмбриональных стволовых клеток. Эмбриональные стволовые клетки являются плюрипотентными, то есть могут дать начало любым типам клеток организма, дифференцироваться в три зародышевых листка и образовать энтодерму, эктодерму и мезодерму. Поэтому понимание механизмов, которые обеспечивают плюрипотентность является решающим для исследователей, изучающих стволовые клетки.
История
Исследователи из Эдинбургского университета Остин Смит (Austin Smith) и Ян Чемберс (Ian Chambers) впервые охарактеризовали этот транскрипционный фактор в 2003 году. Независимо и одновременно с ними показали особую роль Nanog в эмбриональных стволовых клетках японские исследователи во главе с Синъя Яманака (Shinya Yamanaka). И хотя приоритета в открытии Nanog у британцев нет, своим необычным названием этот фактор обязан шотландцу по происхождению Яну Чемберсу. Ян Чемберс назвал его Nanog в честь кельтской мифической земли вечной юности — Тир на Ног. Он говорил: «Nanog, по-видимому, является главным геном, который заставляет эмбриональные стволовые клетки делиться в лаборатории. Он делает эти клетки бессмертными».
Гены
Анализ задержанных в развитии эмбрионов показал, что их клетки экспрессируют маркеры плюрипотентности, гены OCT4, NANOG и REX1. Линии клеток, полученные из эмбриональных стволовых клеток человека также экспрессировали другие маркеры плюорипонетности: TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA4, щелочная фосфатаза, TERT, REX1. Эти маркеры разрешают в условиях in vitro и in vivo дифференцировку в три зародышевых листка. Гены POU5F1 (OCT4), TDGF1 (CRIPTO), SALL4, LECT1, и BUB1 также относятся к генам, обеспечивающим самообновление и плюорипотентную дифференцировку.
Белок
Белок NANOG человека состоит из остатков 305 аминокислот и имеет консервативный гомеодомен, облегчающий связывание с ДНК.
Белок состоит из N-концевого участка, гомеодомена и C-концевого участка. Как и у мыши, N-концевая часть человеческого белка богата остатками Ser, Thr и Pro.
Текущие исследования
Молекулярная биология
Повышенная экспрессия гена Nanog в эмбриональных стволовых клетках мышей вызывает самообновление в отсутствие фактора ингибирования лейкемии. В отсутствие Nanog мышиные эмбриональные стволовые клетки дифференцируются в висцеральные/париетальные листки энтодермы.
Потеря функции Nanog вызывает дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в другие типы клеток.
Повышенная экспрессия Nanog в человеческих эмбриональных стволовых клетках обеспечивает их многократный пересев, при этом клетки остаются плюрипотентными. Нокдаун гена Nanog усиливает дифференцировку, и подтверждает роль этих факторов в самоподдержании эмбриональных стволовых клеток человека.
Показано, что супрессор опухолей p53 связывается с промотором гена NANOG и супрессирует его экспрессию после повреждения ДНК в мышиных стволовых клетках. p53 индуцирует дифференцировку эмбриональных стволовых клеток в другие типы клеток, что вызывает р53-зависимую задержку клеточного цикла и апоптоз.
Обнаружено, что важную роль в функционировании NANOG играет фосфорилирование, которое эволюционно консервативно у млекопитающих. Фосфорилированные молекулы NANOG способствуют процессам самообновления эмбриональных стволовых клеток, тогда как потеря фосфорилирования улучшает функционирование NANOG при перепрограммировании.
Эволюционная биология
Геном человека и шимпанзе имеет десять общих псевдогенов NANOG, все они находятся в одинаковых местах: один — результат дупликации, и девять ретропсевдогенов. Эволюционные биологи считают NANOG и его псевдогены общими для людей и шимпанзе.
См. также
Литература
- Cavaleri F., Schöler H.R. Nanog: a new recruit to the embryonic stem cell orchestra. (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 2003. — Vol. 113, no. 5. — P. 551—552. — PMID 12787492.
- Constantinescu S. Stemness, fusion and renewal of hematopoietic and embryonic stem cells. (англ.) // J. Cell. Mol. Med. : journal. — 2004. — Vol. 7, no. 2. — P. 103—112. — PMID 12927049.
- Pan G., Thomson J.A. Nanog and transcriptional networks in embryonic stem cell pluripotency. (англ.) // Cell Res. : journal. — 2007. — Vol. 17, no. 1. — P. 42—9. — doi:10.1038/sj.cr.7310125. — PMID 17211451.
- Chambers I., Colby D., Robertson M., et al. Functional expression cloning of Nanog, a pluripotency sustaining factor in embryonic stem cells. (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 2003. — Vol. 113, no. 5. — P. 643—655. — PMID 12787505.
- Ota T., Suzuki Y., Nishikawa T., et al. Complete sequencing and characterization of 21,243 full-length human cDNAs. (англ.) // Nat. Genet. : journal. — 2004. — Vol. 36, no. 1. — P. 40—5. — doi:10.1038/ng1285. — PMID 14702039.
- Clark A.T., Rodriguez R.T., Bodnar M.S., et al. Human STELLAR, NANOG, and GDF3 genes are expressed in pluripotent cells and map to chromosome 12p13, a hotspot for teratocarcinoma. (англ.) // Stem Cells : journal. — 2004. — Vol. 22, no. 2. — P. 169—179. — PMID 14990856.
- Hart A.H., Hartley L., Ibrahim M., Robb L. Identification, cloning and expression analysis of the pluripotency promoting Nanog genes in mouse and human. (англ.) // Dev. Dyn. : journal. — 2004. — Vol. 230, no. 1. — P. 187—198. — doi:10.1002/dvdy.20034. — PMID 15108323.
- Booth H.A., Holland P.W. Eleven daughters of NANOG. (англ.) // Genomics. — Academic Press, 2005. — Vol. 84, no. 2. — P. 229—238. — doi:10.1016/j.ygeno.2004.02.014. — PMID 15233988.
- Hatano S.Y., Tada M., Kimura H., et al. Pluripotential competence of cells associated with Nanog activity. (англ.) // Mech. Dev. : journal. — 2005. — Vol. 122, no. 1. — P. 67—79. — doi:10.1016/j.mod.2004.08.008. — PMID 15582778.
- Deb-Rinker P., Ly D., Jezierski A., et al. Sequential DNA methylation of the Nanog and Oct-4 upstream regions in human NT2 cells during neuronal differentiation. (англ.) // J. Biol. Chem. : journal. — 2005. — Vol. 280, no. 8. — P. 6257—6260. — doi:10.1074/jbc.C400479200. — PMID 15615706.
- Zaehres H., Lensch M.W., Daheron L., et al. High-efficiency RNA interference in human embryonic stem cells. (англ.) // Stem Cells : journal. — 2005. — Vol. 23, no. 3. — P. 299—305. — doi:10.1634/stemcells.2004-0252. — PMID 15749924.
- Hoei-Hansen C.E., Almstrup K., Nielsen J.E., et al. Stem cell pluripotency factor NANOG is expressed in human fetal gonocytes, testicular carcinoma in situ and germ cell tumours. (англ.) // Histopathology : journal. — 2005. — Vol. 47, no. 1. — P. 48—56. — doi:10.1111/j.1365-2559.2005.02182.x. — PMID 15982323.
- Hyslop L., Stojkovic M., Armstrong L., et al. Downregulation of NANOG induces differentiation of human embryonic stem cells to extraembryonic lineages. (англ.) // Stem Cells : journal. — 2006. — Vol. 23, no. 8. — P. 1035—1043. — doi:10.1634/stemcells.2005-0080. — PMID 15983365.
- Oh J.H., Do H.J., Yang H.M., et al. Identification of a putative transactivation domain in human Nanog. (англ.) // Exp. Mol. Med. : journal. — 2005. — Vol. 37, no. 3. — P. 250—254. — PMID 16000880.
- Boyer L.A., Lee T.I., Cole M.F., et al. Core transcriptional regulatory circuitry in human embryonic stem cells. (англ.) // Cell : journal. — Cell Press, 2005. — Vol. 122, no. 6. — P. 947—956. — doi:10.1016/j.cell.2005.08.020. — PMID 16153702.
- Kim J.S., Kim J., Kim B.S., et al. Identification and functional characterization of an alternative splice variant within the fourth exon of human nanog. (англ.) // Exp. Mol. Med. : journal. — 2006. — Vol. 37, no. 6. — P. 601—607. — PMID 16391521.
- Darr H., Mayshar Y., Benvenisty N. Overexpression of NANOG in human ES cells enables feeder-free growth while inducing primitive ectoderm features. (англ.) // Development : journal. — 2006. — Vol. 133, no. 6. — P. 1193—1201. — doi:10.1242/dev.02286. — PMID 16501172.
- New York Times "He has now applied the technique to human cells, starting with embryonic stem cells. The cells, he and colleagues say in the current issue of Cell, are controlled by a triumvirate of three transcription factors, known as oct4, sox2 and nanog.
- MIT «The transcription factors Oct4, Sox2, and Nanog have essential roles in early development and are required for the propagation of undifferentiated embryonic stem (ES) cells in culture. To gain insights into transcriptional regulation of human ES cells, we have, in collaboration with the Young lab, identified Oct4, Sox2, and Nanog target genes using genome-scale location analysis. We found, surprisingly, that Oct4, Sox2, and Nanog co-occupy a substantial portion of their target genes. These target genes frequently encode transcription factors, many of which are developmentally important homeodomain proteins. Our data also show that Oct4, Sox2, and Nanog collaborate to form regulatory circuitry in ES cells consisting of autoregulatory and feedforward loops.»
- Young Lab- Core Transcriptional Regulatory Circuitry in Human Embryonic Stem Cells