Молекулярный переключатель развития
Немецкие исследователи впервые показали, почему работает молекулярный "коктейль", ответственный за генерацию стволовых клеток. Белки Sox2 и Oct4 действуют на клетки как ластик: они стирают весь предыдущий опыт клетки и превращают её в так называемую плюрипотентную стволовую клетку. Как и клетки эмбриона, эта стволовая клетка может затем развиться во все формы тканей. За открытие этой техники перепрограммирования в 2012 году была присуждена Нобелевская премия по физиологии или медицине. Однако до сих пор учёные не понимали точно, почему эти белки могут перепрограммировать клетки и какую функцию они выполняют в эмбрионе.
Команда под руководством доктора Дарьи Онищчук и профессора доктора Вольфганга Дривера из Отдела биологии развития и кластера передового опыта BIOSS обнаружила, что белок Oct4 в эмбрионе рыбки данио-рерио, изначально предоставляемый матерью, отвечает за первое включение генов эмбриона, тем самым инициируя его независимое развитие.
Молодые эмбриональные клетки, как и культуры плюрипотентных стволовых клеток, могут развиваться во все ткани и типы клеток организма. Эти многофункциональные клетки находятся в центре внимания биомедицинских исследований, поскольку эксперты надеются использовать их для регенерации повреждённых органов без применения эмбриональных стволовых клеток.
В статье, опубликованной в журнале Science, учёные из Фрайбурга объясняют, что белок рыбки данио-рерио Pou5f1 (очень похожий на человеческий Oct4) служит главным стартовым сигналом для эмбрионального развития. Pou5f1 пробуждает гены после периода покоя, следующего за оплодотворением.
У всех животных развитие изначально контролируется материнскими белками в яйцеклетке; гены эмбриона активируются только позже. У рыбки данио-рерио этот процесс запускается, как только эмбрион насчитывает тысячу клеток. Эта "зиготическая активация генов" перепрограммирует клетки эмбриона: специализированные, быстро делящиеся клетки, не создающие новых генетических продуктов, становятся стволовыми клетками. Эти эмбриональные стволовые клетки могут формировать все типы клеток — как плюрипотентные стволовые клетки.
На примере мезодермальных клеток (которые могут образовывать кровь или мышцы) учёные показали, как белок Pou5f1 запускает каскад генетических продуктов, создающих из эмбриональных клеток мышечные, кровяные или костные клетки. Эта регуляторная сеть очень похожа на сеть плюрипотентных стволовых клеток.
Исследователи уже несколько лет могут генерировать плюрипотентные стволовые клетки, но сталкиваются с трудностями в их преобразовании в стабильные типы клеток с достаточной надёжностью — нестабильные стволовые клетки могут стать раковыми. Используя открытую у рыбки данио-рерио регуляторную сеть, биологи развития теперь могут изучать, как из стволовых клеток создаются определённые типы клеток в организме и что делает их стабильными. Для медицинского применения тканей учёным необходимы надёжные процессы формирования стабильной ткани.