Den katalytiska aktiviteten hos ett enzym som kallas Set1A – ett protein som är väsentligt för livskraften hos embryonala stamceller (ESC) – krävs inte för självförnyelse av ESC, enligt en Northwestern Medicine-studie publicerad i tidskriften Gener &utveckling .

Resultaten ger viktiga nya insikter om Set1A, en subenhet av COMPASS-proteinkomplexet inblandat i utvecklingsstörningar och vissa cancerformer.

"Detta överraskade alla i labbet, " sa Christie Sze, en femteårs doktorand i Feinbergs Driskill Graduate Program in Life Sciences, och studiens första författare. "Det är ett oväntat fynd:även om detta protein är absolut viktigt för embryonala stamceller, dess huvudsakliga funktion är inte."

Studien visade också att den katalytiska funktionen är nödvändig, dock, under ESC-differentiering, enligt seniorförfattaren Ali Shilatifard, PhD, Robert Francis Furchgott professor och ordförande för biokemi och molekylär genetik.

Set1A är en av sex medlemmar av COMPASS-familjen av enzymer hos människor. Dessa proteiner, som först identifierades av Shilatifard 2001, har sedan dess visat sig vara centrala för genuttryck genom sin roll i implementeringen av metylering på en histonplats som kallas H3K4.

Set1A verkar vara särskilt viktigt; till skillnad från andra COMPASS-medlemmar, embryonala stamceller utan Set1A kan inte överleva. Ytterligare, dysfunktion av Set1A har tidigare kopplats till utvecklingsstörningar, som schizofreni, och vissa cancerformer.

Även om det har varit tydligt att enzymet i sig är avgörande i utvecklingen, huruvida detta berodde på Set1As huvudsakliga metylasaktivitet förstods inte.

I den aktuella studien, använder en embryonal stamcellsmodell från mus, Sze riktade sig specifikt mot SET-domänen av Set1A - den del av proteinet som är ansvarig för dess katalytiska aktivitet - med genredigeringsverktyget CRISPR.

Forskarna upptäckte att efter att ha tagit bort Set1A:s funktionella domän - vilket gör enzymet oförmöget att implementera metylering - överlevde de embryonala stamcellerna fortfarande, utan effekt på spridning och självförnyelse.

I den andra delen av studien, Sze undersökte de muterade ESC:erna under differentiering, och visade att Set1A:s katalytiska aktivitet verkligen krävdes för normal ESC-differentiering.

"Man säger att i embryonala stamceller, H3K4-metylering av Set1A är inte viktig, men i differentiering är det, sade Shilatifard, också professor i pediatrik och medlem av Robert H. Lurie Comprehensive Cancer Center vid Northwestern University. "Detta väcker frågan:vad är speciellt med histon H3K4-metylering under differentiering? Och vilken funktion har hela Set1A-proteinet som är oberoende av dess katalytiska funktion?"

Går framåt, Shilatifard-labbet kommer att undersöka andra aspekter av Set1A, för att avslöja vad om själva enzymet är avgörande för embryonala stamceller, om det inte är dess katalytiska funktion. Fynden kan hjälpa till att främja förståelsen av cancerutveckling.

"KOMPAS-familjen är mycket muterad i cancer. Även om denna studie är ur en utvecklingsaspekt, för att förstå cancer, du måste förstå proteinets normala funktioner, ", sa Sze. "Vårt labb fortsätter att lära sig mer och mer om var och en av dessa familjemedlemmar, och hur de spelar en roll i sjukdomar."

I ett ytterligare fynd, data från studien tyder också på att Set1A är ansvarig för att aktivera bivalenta gener - viktiga för att reglera viktiga utvecklingsprocesser - under differentiering. Labbet hade tidigare visat att ett annat COMPASS-enzym, kallas MLL2, är viktig för denna aktivering i det självförnyande tillståndet; den aktuella studien tyder på att det sker ett byte av ansvar mellan de två enzymerna under de olika stadierna.