Из одной взрослой стволовой клетки можно создать целый организм

Ученые из Института медицинских исследований Стауэрса (Stowers Institute for Medical Research) в США обнаружили взрослые стволовые клетки, способные полностью воссоздать новый организм. Исследование, опубликованное 14 июня 2018 г. в журнале Cell, проводилось на планариях, известных своей удивительной способностью к регенерации.

Более ста лет известно, что планарии, относящиеся к семейству плоских червей, могут демонстрировать настоящие чудеса восстановления. Например, если их разрезать на множество частей, то каждый кусочек регенерирует в полноценную особь. До настоящего времени отсутствие технической базы не позволяло учёным обнаружить тип клеток, ответственных за данный процесс.

Каждый многоклеточный организм развивается из одной клетки, которая делится на две, четыре и т. д. Каждая из этих дочерних клеток содержит одинаковые цепи ДНК и является стволовой плюрипотентной, т.е. может создавать все возможные типы клеток в организме.

Однако со временем, по мере взросления, стволовые клетки теряют это свойство и становятся более специализированными. У человека, насколько известно, после рождения не остаётся плюрипотентных стволовых клеток. У планарий же они сохраняются после взросления и называются взрослыми плюрипотентными стволовыми клетками или необластами. Учёные считают, что именно в необластах заключена тайна регенерации планарий, но до настоящего времени им не удавалось определить, какой именно тип необластов отвечает за это.

«Впервые взрослая плюрипотентная стволовая клетка была выделена с перспективой на будущее», — говорит доктор Алехандро Санчес Альварадо (Alejandro Sánchez Alvarado), исследователь Института Стауэрса и ведущий автор исследования. «Наше открытие по существу демонстрирует то, что это не абстракция. Что действительно существует клетка, которая может восстановить утраченные животными регенеративные способности, и что данную клетку можно получить живой и тщательно изучить».

Учёные под руководством Санчеса Альварадо разработали метод, сочетающий в себе геномику, одиночный анализ клеток, проточную цитометрию и визуализацию, который помог определить 12 типов возможных клеток-кандидатов на роль «главной» регенеративной клетки. Среди них выделялся один тип, несущий на поверхности необычный белок, тетраспанин, который принимает участие в распространении по всему телу раковых клеток у человека.

Пометив тетраспанин червя флуоресцентным маркером, учёные смогли выделить для дальнейших исследований именно этот тип клеток, получивший название необласт № 2 (Nb2). Наблюдение за регенерацией разрезанной планарии показало значительное увеличение количества данных клеток, вылечивших рану на месте разреза.
В другом эксперименте единственный инъецированный необласт № 2 смог размножится и дифференцироваться, чтобы спасти планарий, получивших смертельную дозу облучения.

Клетки Nb2 представляют собой особый тип стволовых клеток. В других организмах клетки только на самых ранних стадиях развития эмбриона (известные как тотипотентные клетки) способны формировать все ткани организма. На более поздних этапах жизни людей и животных стволовые клетки могут дифференцироваться только в ограниченный тип клеток. Санчес Альварадо объясняет, что «каким-то образом планария сохранила клетки», которые могут превратиться в любые другие, какие они пожелают.

Команда учёных обнаружила, что клетки Nb2 всегда присутствуют во всём теле планарии. Но активность их генов для продуцирования тетраспанина возрастает только при травмах. Данный белок, возможно, играет ключевую роль: когда исследователи трансплантировали умирающим планариям необласты, которые не продуцировали тетраспанин, черви не восстанавливались.

Пока неясно, почему данный белок настолько важен, однако, по-видимому, он участвует в межклеточной коммуникации. То, что тетраспанин играет роль в распространении раковых клеток, означает, что он также помогает стволовым клеткам добраться до травмированных частей планарии для заживления.
С помощью антител, которые могут метить и изолировать клетки Nb2, учёные могут теперь более подробно изучить работу тетраспанина и запуск механизма его производства в данных клетках.

«Мы обогатили знания о популяции плюрипотентных стволовых клеток, что открывает двери ряду экспериментов, проведение которых было ранее невозможным», — говорит Санчес Альварадо. «Тот факт, что обнаруженный нами маркер экспрессируется не только у планарий, но и у людей, говорит о том, что существуют сохранившиеся с древних времён некоторые механизмы, которые мы можем использовать. Я надеюсь, что эти базовые принципы будут широко применимы к любым организмам, которые когда-либо использовали стволовые клетки, чтобы стать тем, чем они являются сегодня».