Учёные обнаружили факторы, влияющие на судьбу стволовых клеток после деления

Американские учёные из Рокфеллеровского университета (Rockefeller University) обнаружили факторы, влияющие на дальнейшую судьбу стволовых клеток (СК) после деления. Результаты открытия опубликованы 3 февраля 2017 года в журнале Science.

Во время деления стволовая клетка стоит перед выбором: создать большее количество стволовых клеток или превратиться в специфические клетки тканей организма, таких как кожа, мышцы, нейроны и другие. Проведённые недавно эксперименты продемонстрировали, что данное решение может измениться, если определённые крошечные органеллы не распределены в клетке должным образом.

Большинство клеток при делении просто создают собственные копии, увеличивая популяцию. Однако у стволовых клеток, которые отвечают за восстановление и создание новых тканей, существует выбор, который зависит от крошечных органелл в делящейся клетке – пероксисом.

«Для того, чтобы ткани организма развивались и поддерживали своё состояние надлежащим образом, обновление и дифференциация обязаны быть тщательно сбалансированы. Наши эксперименты показывают неожиданную роль в позиционировании и наследовании клеточных органелл, в данном случае — пероксисом, переносящих энзимы, в контролировании этого сложного процесса», — говорит старший автор исследования профессор Элейн Фукс (Elaine Fuchs).

Внешний слой кожи, эпидермис, обеспечивает защитный барьер для организма. Его стволовые клетки залегают очень глубоко. В процессе развития данные СК делятся таким образом, что одна из дочерних клеток становится стволовой и остаётся во внутренних слоях, а вторая — дифференцируется и перемещается во внешний слой, превращаясь в клетку эпидермиса. Первый автор исследования аспирантка Амма Асаре (Amma Asare) решила выяснить механизм, который лежит в основе данного процесса.

Наблюдая развитие кожи у мышей, Асаре разработала методику идентификации генов, помогающих поддерживать баланс между клетками, которые остаются стволовыми и клетками, которые дифференцируются. Её внимание привлёк белок Pex11b. Он связан с мембраной, окружающей пероксисомы — органеллы, которые помогают высвобождать энергию из питательных веществ.

Асаре продемонстрировала, что протеин отвечает за корректное расположение органелл для их распределения между дочерними клетками. В клетках с низким содержанием Pex11b пероксисомы распределялись неравномерно – в некоторых случаях органеллы оказывались лишь в одной из образовавшихся дочерних клеток и полностью отсутствовали в другой.

Кроме того, клетки с нарушением распределения пероксисом делились гораздо дольше, а организация митотического веретена – структуры, разделяющей дочерний генетический материал, происходила некорректно.

Конечным итогом нехватки Pex11b в стволовых клетках кожи стало уменьшение количества дочерних клеток, способных дифференцироваться в зрелые клетки кожи.

В ходе дальнейшего эксперимента учёные искусственно перемещали пероксисомы в клетке, используя сложную лабораторную технику. Эффект был аналогичным.

«Если пероксисомы неправильно расположены во время клеточного деления, неважно, по какой причине, это замедляет процесс», — говорит Асаре.

Эффект для организма в целом был критическим: если позиция пероксисом была нарушена в стволовых клетках эмбрионов мышей, они не могли сформировать нормальную кожу.

«В то время, как некоторые данные подтверждают, что распределение органелл, включая производящие энергию митохондрии, может влиять на исход клеточного деления, мы впервые показали, что данный феномен имеет существенное значение для корректного поведения стволовых клеток и формирования ткани», — говорит Фукс.