Голодание стволовых клеток может помочь создать лучшие кровеносные сосуды

Исследователи из Иллинойсского университета в Чикаго выяснили, как изменения в метаболизме человеческих эмбриональных стволовых клеток помогают направлять их созревание в конкретные типы клеток. Это может улучшить их функцию в искусственно созданных органах или тканях.

Быстрый рост требует топлива

Плюрипотентные стволовые клетки растут очень быстро и нуждаются в большом количестве «строительных блоков» — белков, липидов, сахаров и других молекул. Учёные сосредоточились на роли аминокислоты глутамина, которая, как известно, служит основным источником углерода для создания таких блоков в быстрорастущих раковых клетках.

Трассировка показала, что глутамин попадает в митохондрии клеток. «Митохондрии — это не только генераторы энергии, но и фабрики по производству важных молекул для роста», — пояснил руководитель исследования доктор Джалис Рехман.

Связь метаболизма и созревания

Скорость метаболизма глутамина очень высока в недифференцированных стволовых клетках. Она резко падает по мере их дифференцировки в зрелые типы клеток, например, в эндотелиальные клетки, выстилающие кровеносные сосуды.

Чтобы изучить эту связь, учёные искусственно лишили стволовые клетки глутамина. В ответ в клетках значительно снизился уровень ключевого регуляторного белка OCT4 (транскрипционного фактора, поддерживающего плюрипотентность), и клетки начали дифференцироваться.

Механизм «переключения»

Лишение глутамина также сопровождалось ростом уровня активных форм кислорода (АФК) внутри клеток. Оказалось, что белок OCT4 особенно уязвим к деградации под действием АФК. Когда метаболизм глутамина падает, а уровень АФК растёт, OCT4 разрушается и больше не может удерживать клетку в плюрипотентном состоянии. Клетка начинает экспрессировать гены, позволяющие ей созреть.

«Глутамин держит OCT4 "включённым". Когда вы лишаете клетки глутамина, вы "выключаете" этот переключатель, и клетки могут созревать. Определённый уровень АФК, по-видимому, необходим для этого процесса», — объяснил Рехман.

Практическое применение в тканевой инженерии

Это открытие предлагает новую технику для улучшения получения зрелых клеток. Обычно для этого используют коктейль из факторов роста. Учёные добавили к стандартному протоколу дифференцировки в эндотелиальные клетки этап лишения глутамина.

Результат: выход эндотелиальных клеток удвоился по сравнению с использованием только факторов роста. Полученные зрелые клетки были высшего качества — они лучше самоорганизовывались в кровеносные сосуды в трёхмерном каркасе.

«Эти эндотелиальные клетки успешнее мигрировали и формировали трубки, составляющие сосудистые сети», — отметил Рехман. Это может улучшить инженерию функциональных кровеносных сосудов. Более широко, открытие подчёркивает важность метаболических сигналов в регенеративной терапии для успешной адаптации стволовых клеток к требованиям зрелых органов.