Выбор судьбы клеток при регенерации оказался хаотичным
Ученые из Института биомедицинских исследований Уайтхеда и MIT пространственно картировали выбор, который совершают стволовые клетки во время регенерации тканей у плоских червей. Результат оказался неожиданным: вместо организованных однородных групп (где одни клетки становятся клетками глаза, а другие — мышечными) пространственная картина выбора судьбы клеток оказалась сильно гетерогенной — соседние стволовые клетки выбирали разные пути развития.
Это новое понимание, описанное в выпуске Nature Communications от 16 ноября, стало возможным благодаря систематическому применению мощного метода одноклеточного анализа MERFISH, позволившего одновременно визуализировать выбор сотен отдельных стволовых клеток.
"То, что мы обнаружили, действительно удивительно, — сказал старший автор Питер Реддиен. — Похоже, в том, как стволовые клетки выбирают свою судьбу, очень мало пространственной организации. Клетки могут решить стать клеткой глаза, кожи или кишечника, находясь прямо рядом друг с другом, в совершенно перемешанном, беспорядочном паттерне".
Объектом исследования был регенеративный плоский червь Schmidtea mediterranea, способный полностью восстанавливать утраченные или поврежденные части тела во взрослом состоянии. Эта способность обеспечивается специализированными стволовыми клетками — необластами, которые могут давать начало более чем 125 различным типам зрелых клеток.
Чтобы понять, как организован этот выбор в пространстве, команда использовала методы пространственной транскриптомики, в частности MERFISH. Этот метод позволяет одновременно детектировать сотни различных транскриптов с разрешением на уровне одной клетки в срезах ткани.
"Пространственная транскриптомика — это быстро развивающаяся область технологий, — отметил соавтор Чан Парк. — Эта работа представляет собой одно из первых применений MERFISH для понимания выбора клеточной судьбы при регенерации взрослых тканей".
Используя широкий спектр молекулярных зондов для детекции транскриптов в разных типах клеток, команда создала карту выбора клеточной судьбы у регенерирующего червя. Она выявила удивительное отсутствие организации.
"Было удивительно увидеть, насколько мало локальное микроокружение необластов влияет на выбор судьбы клетки", — сказала соавтор Жизель Вальдес.
Открытие имеет несколько важных следствий:
- Отсутствие паттерна предполагает, что выбор судьбы стволовой клетки не направляется преимущественно локальными внешними сигналами. Выбор, по-видимому, в значительной степени предоставлен самим клеткам.
- Исследователи предполагают, что может существовать элемент случайности, подобный взвешенному броску игральной кости.
- Поскольку регенерированные ткани в итоге высокоорганизованы, порядок должен каким-то образом возникать. Ученые полагают, что паттерн формируется в результате миграции клеток — после того, как стволовые клетки сделали свой выбор, их потомки, вероятно, упорядоченно распределяются.
Будущая работа будет направлена на проверку этих идей и изучение молекулярных основ, лежащих в основе дезорганизации выбора клеточной судьбы при регенерации плоских червей.