Исследование причин дифференцировки клеток кожи у млекопитающих с помощью новой техники
Адаптировав мощный метод РНК-интерференции для использования на мышах, исследователи определили ключевые пути, которые заставляют клетки кожи дифференцироваться, в конечном итоге формируя гибкий, но защитный внешний покров тела. Работа, опубликованная 17 февраля в Nature, демонстрирует потенциал для проведения относительно быстрых и сложных генетических исследований на млекопитающих и углубляет понимание клеточной дифференцировки на ранних стадиях развития.
Под руководством Скотта Уильямса из Лаборатории биологии и развития клеток млекопитающих Элейн Фукс исследователи нацелились на гены пути дифференцировки клеток кожи, который ранее не изучался у позвоночных. Используя технику, разработанную в лаборатории Фукс, учёные применили РНК-интерференцию, чтобы систематически блокировать функцию генов в развивающихся эмбрионах мышей. Их интересовала цепь событий, ведущая к асимметричному клеточному делению — феномену, при котором стволовые клетки балансируют между самообновлением и дифференцировкой.
- Предыдущие исследования показали, что кожа начинается как один слой симметрично делящихся клеток-предшественников.
- В определённый момент деление становится асимметричным: одна дочерняя клетка остаётся в исходном слое и самообновляется, а верхняя — дифференцируется, запуская процесс стратификации (образования слоёв).
Опираясь на эксперименты с нейронами плодовых мушек, команда Фукс нацелилась на путь с участием мышиных версий генов LGN, NuMA и Dctn1. Метод основан на том, что короткие фрагменты РНК (shRNA) могут разрушать матричные РНК конкретных генов, не давая им производить белки.
Методика:
- Вирус, нагруженный короткими РНК, нацеленными на интересующие гены, вводили в амниотическую жидкость беременной мыши под контролем УЗИ.
- Вирус инфицировал самый внешний слой эмбрионов — однослойную кожу.
- Это эффективно "выключало" целевые гены в нужное время и блокировало асимметричные клеточные деления.
В результате кожа инфицированных мышей развивалась неправильно: было слишком мало дифференцирующихся слоёв для формирования эффективного барьера.
При более детальном изучении выяснилось, что "выключение" генов LGN, NuMA и Dctn1 также останавливало сигнализацию молекулы Notch, известного регулятора дифференцировки. Когда сигнализацию Notch вернули генетически модифицированным эмбрионам, кожа развивалась нормально. Это стало убедительным доказательством ключевой роли Notch в нормальной дифференцировке клеток кожи.
«Эта техника позволяет нам проводить точные эксперименты, которые раньше делали на червях и мушках, в гораздо более сложной системе — мыши. И мы можем делать это быстро: от гена к функции примерно за два месяца», — говорит Скотт Уильямс.
Существующие методы создания мышей с "нокаутированными" генами иногда требуют лет интенсивного скрещивания. Лаборатория Фукс планирует использовать новую технику для детального изучения молекулярных путей, управляющих здоровой дифференцировкой и развитием кожи.
Перспективы для онкологии:
Полученные данные могут помочь объяснить возможную роль стволовых клеток в раке.
«Клетки, которые приобретают характеристики самообновляющихся стволовых клеток, но не реагируют на сигналы торможения роста из окружающей среды, вероятно, лежат в основе рака. В будущем будет интересно выяснить, могут ли мутации в путях, управляющих асимметричным клеточным делением, быть тому причиной», — говорит Элейн Фукс.