Стволовые клетки человеческих эмбрионов неожиданно рано определяются со специализацией
Исследователи из Института Фрэнсиса Крика определили момент, когда эмбриональные стволовые клетки человека необратимо определяются со своей специализацией.
Наше биологическое развитие начинается с небольшой группы клеток — эмбриональных стволовых клеток, которые делятся и дают начало специализированным клеткам. Этот процесс называется дифференцировкой.
Понимание того, когда и как эмбриональные стволовые клетки специализируются, дает ключ к здоровой дифференцировке и тому, как клетки «помнят» свой тип. В раке этот процесс нарушается: клетки «забывают» свою идентичность.
В исследовании, опубликованном в Cell Stem Cell, ученые обнаружили, что эмбриональные стволовые клетки дифференцируются неожиданно рано, необратимо определяясь стать одним из более чем 200 типов клеток тела.
Это происходит в результате активации новой, ранее не идентифицированной небольшой группы генов, которую назвали «генами раннего определения» (early-commitment genes).
«Работая со стволовыми клетками и математическими моделями, мы определили новый класс генов, которые регулируют одну из самых ранних стадий развития человека», — говорит Сильвия Сантос, руководитель группы в Лаборатории количественной клеточной биологии Института Крика.
«Как только эти гены активируются, клеткам требуется всего несколько минут, чтобы полностью определиться с дифференцировкой. Скорость этого процесса невероятно удивительна, особенно если учесть, что первые видимые признаки дифференцировки — формирование первых зародышевых листков — занимают около трех дней».
Исследователи сосредоточились на одном из таких генов — GATA3. Когда этот ген активировали экспериментально, эмбриональные стволовые клетки быстро вступали в дифференцировку. И наоборот, при его удалении процесс был вялым и неправильным.
«GATA3 критически важен для своевременной и здоровой дифференцировки стволовых клеток. После активации этот ген запускает петлю положительной обратной связи, которая помогает ему оставаться активным. Это, в свою очередь, гарантирует, что клетки остаются дифференцированными и не возвращаются в состояние стволовой клетки», — объясняет Александра Ганн-Брейден, соавтор исследования.
В работе использовались стволовые клетки, полученные из эмбрионов, пожертвованных людьми, проходящими ЭКО. Эти эмбрионы не были нужны для лечения и в ином случае были бы уничтожены.
«То, когда эмбриональные стволовые клетки определяются со специализацией, — фундаментальный и до сих пор нерешенный вопрос», — добавляет Сильвия Сантос. «Это важно для понимания того, как клетки приобретают и сохраняют свою идентичность. Это ценное знание о раннем развитии человека может открыть новые пути для исследований болезней, возникающих при сбое этого процесса».