Молекулярные моторы управляют судьбой стволовых клеток

Ученые из Университета Гронингена и Университетского медицинского центра Гронингена использовали молекулярные моторы для управления белковой матрицей, на которой выращиваются мезенхимальные стволовые клетки костного мозга. Вращение моторов изменяло структуру белка, что приводило к смещению дифференцировки стволовых клеток в сторону костных клеток (остеобластов). Без вращения стволовые клетки чаще сохраняли мультипотентность. Результаты, которые могут быть использованы в тканевой инженерии, опубликованы в Science Advances 29 января.

Структурные изменения

Ученые прикрепили молекулярные моторы к стеклянной поверхности, затем покрыли ее белком и подвергли (или не подвергли) воздействию УФ-излучения для запуска моторов. Примерно через час движение остановили, на белковый слой высеяли клетки и добавили факторы дифференцировки. Клетки на белке, подвергнутом вращательному движению моторов, чаще специализировались в костные клетки, в то время как клетки на нетронутом белке чаще сохраняли свойства стволовых.

Наблюдения с помощью атомно-силовой микроскопии и симуляции показали, что движение вызывает тонкие структурные изменения в белковой матрице. "Движение молекул моторов влияет на альфа-спирали в белках, что вызывает структурные изменения", — объясняет Патрик ван Рейн.

Судьба клетки

Изменение структуры поверхности прикрепленного белка влияет на то, как клетки прикрепляются, например, насколько они растягиваются. Это запускает сигнальный каскад, который в конечном итоге приводит к изменению поведения клеток, например, к дифференцировке в костные клетки. Таким образом, молекулярное движение приводит к наноскопическим изменениям в структуре поверхности, что, в свою очередь, вызывает различия в прикреплении клеток, их морфологии и, в конечном счете, дифференцировке.

"Изменение свойств поверхности для влияния на судьбу клеток использовалось и раньше, но в основном с помощью переключателей, то есть был просто переход из одного состояния в другое", — отмечает ван Рейн. В данном исследовании было непрерывное движение, что больше соответствует непрерывному движению в биологических транспортных и коммуникационных системах.

"Тот факт, что моторы приводятся в действие светом, важен, — добавляет ван Рейн. — Свет можно точно контролировать в пространстве и времени. Это позволило бы создавать сложные геометрии в матрице для роста, что затем приведет к различным свойствам клеток". Таким образом, управляемые светом молекулярные моторы могут стать полезным инструментом в тканевой инженерии.