Исследователи определили, как организм контролирует стволовые клетки

Учёные из Люксембургского Центра Биомедицинских Систем университета Люксембурга (Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB), University of Luxembourg) определили сложный механизм, регулирующий производство в организме красных и белых клеток крови из стволовых клеток. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS Biology.

Стволовые клетки — это неспециализированные клетки, которые могут развиваться в клетки тканей любого типа в организме. Однако до сих пор ученые лишь частично понимают, как контролируются их разносторонние свойства, и какие факторы решают, будет ли стволовая клетка дифференцироваться, например, в кровь, гепатоцит или нейрон.

Исследователи из LCSB и международной группы определили сложный механизм, с помощью которого организм регулирует дифференцировку красных и белых кровяных клеток из клеток-предшественниц. «Это открытие может помочь нам улучшить терапию стволовыми клетками в будущем», — говорит доктор Александр Скупин (Alexander Skupin), руководитель группы из LCSB.

Хотя все клетки в организме несут одни и те же генетические схемы — одну и ту же ДНК — некоторые из них обладают свойствами, например, клеток крови или кости, в то время как другие — функционируют как нейроны или клетки кожи. Исследователи уже достаточно хорошо понимают, как работают отдельные клетки. Но как организм способен создать такое разнообразие клеток из одного и того же генетического шаблона и как ему удается перемещать их туда, где они необходимы в организме, до сих пор по большей части неизвестно.

Чтобы узнать подробнее об этом процессе, Александр Скупин и его команда обработали стволовые клетки крови мышей с помощью гормонов роста, а затем внимательно наблюдали за тем, как эти клетки-предшественницы вели себя во время дифференциации в белые или красные клетки крови. Исследователи отметили, что трансформация клеток происходит не линейно, целенаправленно, а скорее, приспособленчески. Каждая клетка-предшественница адаптируется к потребностям окружающей среды и интегрируется в организм, нуждающийся в новых клетках.

«Таким образом, это не означает, что клетка «берет билет» в начале своей дифференциации, а затем едет прямо к месту назначения. Скорее всего, она вначале как бы оглядывается вокруг и ищет, какая линия ей больше подходит» — объясняет Александр Скупин. Благодаря этому разумному механизму, многоклеточный организм может адаптировать рост новых клеток к своим текущим потребностям.

«Прежде, чем клетки-предшественницы будут дифференцироваться раз и навсегда, они сначала теряют свой характер стволовых клеток, а затем как бы проверяют, какая клеточная линия в настоящее время востребована. Только тогда они развиваются в тип клеток, который наилучшим образом соответствует их характеристикам и который преобладает в их среде», — говорит доктор Скупин.

Исследователь сравнивает этот шаг с игрой в рулетку, где различные типы клеток можно рассматривать как различно пронумерованные ячейки в колесе рулетки, в которые попадает шарик.

«Когда клетки теряют свою характеристику стволовых клеток, их как бы бросают на колесо рулетки, где они сначала бесцельно катятся. Только найдя нужную среду, клетки затем попадают в эту нишу — подобно шарику рулетки, попадающему в пронумерованную ячейку, и дифференцируются окончательно».

Таким образом, организм сам управляет клеточной регенерацией и, на ряду с этим, препятствует преждевременной дифференцировке стволовых клеток.

«Даже при неправильном превращении клетки, когда её новые характеристики не соответствуют нише, в которую она попадает, происходит её повторная сортировка», — говорит Скупин.

Своим исследованием Александр Скупин и его команда впервые показали, что судьбы клеток-предшественниц явно не предопределены и не линейны.

«Это наблюдение противоречит нынешней доктрине, согласно которой стволовые клетки запрограммированы следовать определенной линии с самого начала», — говорит Александр Скупин. Кроме того, учёный убежден, что эти процессы происходят аналогично и для других клеток-предшественниц. «В лаборатории мы наблюдали одну и ту же схему дифференцировки в так называемых ИПС-клетках, или индуцированных плюрипотентных стволовых клетках, которые могут трансформироваться во множество различных типов клеток».

Эти знания могут помочь исследователям в дальнейшем повысить эффективность терапии. Терапия стволовыми клетками заключается в введении пациенту стволовых клеток собственного организма, чтобы заменить другие клетки, погибшие в результате заболеваний, например, болезни Паркинсона.

«Поскольку у нас теперь есть лучшее понимание того, как организм влияет на направление, в котором дифференцируются стволовые клетки, мы можем надеяться, что этот процесс будет лучше контролироваться в будущем», — заключает Александр Скупин.