Клетки в процессе развития, вероятно, могут «передумать» насчёт своей судьбы

Новое исследование Университета Бата показывает, что клетки нервного гребня (тип стволовых клеток), начинающие с способности дифференцироваться в множество специализированных типов клеток, по-видимому, сохраняют возможность «передумать» и дифференцироваться заново при подходящих обстоятельствах. В результате этой сверхгибкости потенциал этих клеток для замены повреждённых человеческих тканей, вероятно, ещё больше, чем считалось ранее.

Клетки нервного гребня — обнаруживаемые у очень молодых эмбрионов и важные для определения цвета волос и кожи — по своей природе высоко гибки, давая начало многим жизненно важным клеткам, включая нейроны. Новое исследование предполагает, что их гибкость остаётся большей, чем считалось, что имеет значительные последствия для регенеративной медицины.

До сих пор предполагалось, что клетки нервного гребня очень рано определяются с тем, чтобы стать конкретным типом клеток, после чего их судьба была предрешена. Однако исследования под руководством профессора Роберта Келша показывают, что они сохраняют свою адаптивность даже после видимой дифференцировки.

Это вновь обнаруженная гибкость помогает объяснить, почему стволовые клетки нервного гребня — важный тип стволовых клеток, которые также можно легко выделить из кожи взрослого человека — обладают огромным потенциалом для лечения по замене и восстановлению повреждённых тканей тела во многих его частях.

Это открытие, что даже после выбора судьбы (например, развития в клетки пигмента кожи) клетки нервного гребня могут «передумать» и выбрать новую судьбу (возможно, стать клетками хряща), разрешает давние споры среди биологов о природе дифференцировки клеток нервного гребня.

Две конкурирующие теории

У людей клетки нервного гребня мультипотентны, то есть способны развиваться во множество различных типов клеток, включая клетки периферической нервной системы, сердечной мышцы, хряща, а также пигментные клетки кожи и волос.

До сих пор две соперничающие теории пытались объяснить, как именно они это делают.

Согласно первой теории, клетки нервного гребня начинают определяться с конкретной ролью в молодом эмбрионе ещё до того, как покидают место своего возникновения — нервную трубку (которая развивается в мозг и позвоночник). Считается, что к моменту начала миграции к конечному месту назначения их судьба уже частично ограничена, и всё больше вариантов исключается по мере миграции.

Вторая теория предполагает, что клетки нервного гребня остаются мультипотентными, покидая нервную трубку, и определяются с конкретным путём дифференцировки только по достижении места назначения.

В области исследований преобладало мнение, что первая модель более точна. Однако новое исследование, опубликованное в Nature Communications, показывает, что ни одна из этих «статичных» теорий не верна.

«Похоже, эти клетки выбирают свою судьбу гораздо более динамичным, подвижным способом и не сужают свои варианты необратимо до гораздо более позднего времени, чем мы думали», — сказал профессор Келш.

Долгое время было известно, что клетки нервного гребня используют молекулярные сигналы из окружающей среды, чтобы превратиться в тот или иной тип клеток. Однако генетическая работа профессора Келша на рыбках данио-рерио показывает, что эти шаги, вероятно, обратимы: удалите сигналы, и клетки возвращаются в более примитивное состояние, где их потенциал к дифференцировке по-другому восстанавливается.

«Наша работа показывает, что эти клетки становятся предвзятыми под влиянием своей среды. Выньте их из этой среды, и они вернутся в состояние с более широкими компетенциями, вероятно, способными стать чем угодно», — добавил профессор Келш.

По его словам, эти результаты будут интересны другим исследователям стволовых клеток, так как дают теоретическое понимание того, как клетки нервного гребня могут быть использованы в медицине для исправления множества дефектов — от дефектов пигментации кожи, таких как витилиго, до дефектов нервной системы.