Специализированные клетки растений восстанавливают свойства стволовых клеток для заживления ран

При повреждении растений клетки, соседние с раной, заполняют пробелы своими дочерними клетками. Однако оставалось неясным, какие именно клетки делятся для заживления и как им удается производить клетки, соответствующие типу утраченной ткани. Ученые из Института науки и технологий Австрии (IST Austria) показали, что для правильной замены погибших клеток их соседи с внутренней стороны раны повторно активируют свои программы стволовых клеток.

Все органы растений — от листьев до корня — регулярно подвергаются повреждениям тканей. В то время как животные полагаются на специализированные мигрирующие клетки, у растений, чьи клетки неподвижны, развились другие механизмы.

Известно, что у растений клетки, прилегающие к ране, заменяют поврежденную ткань новыми дочерними клетками. Однако новый аспект заживления ран в чувствительном кончике корня был обнаружен недавно. Исследовательская группа, включая первых авторов Петру Мархаву, Лукаса Хёрмайера и Сайко Йошиду, сообщает, что поврежденные клетки корня заменяются не простым размножением здоровых клеток того же типа сверху и снизу от раны. Вместо этого клетки, соседние с внутренней стороной повреждения, реактивируют свои стволовые программы, чтобы произвести de novo клетки правильного типа. Исследователи назвали этот процесс «восстановительным паттернингом».

Пропавший сосед: Пробелы в ткани активируют деление «клеток-целителей»

С помощью УФ-лазера исследователи удаляли отдельные клетки или небольшие группы клеток в кончике корня модельного растения Arabidopsis thaliana. Метод in vivo визуализации позволил отследить процесс заживления. Восстановительный паттернинг наблюдался в различных тканевых слоях: эпидермисе, коре, эндодерме и внутренних клетках перицикла.

Во всех слоях процесс начинался с деления внутренних соседних клеток в ответ на повреждение. Однако по сравнению с обычным пролиферативным делением клеточный цикл этих «клеток-целителей» происходил значительно быстрее и включал сдвиг плоскостей деления на 90 градусов, что позволяло клеткам располагаться перпендикулярно оси корня.

Смена идентичности: Дочерняя клетка другого типа, чем материнская

После завершения деления генетическое маркирование показало, что результирующие типы клеток соответствовали типам отсутствующих клеток. Например, если отсутствующую клетку коры нужно было заменить новой дочерней клеткой от соседней клетки эндодермы, эта дочерняя клетка приобретала новый «правильный» тип клетки коры. Таким образом, активированные «клетки-целители» способны делиться асимметрично, то есть генерировать дочерние клетки другого типа, чем материнская клетка — процесс, который обычно происходит только в нише стволовых клеток корня.

Будущие исследования

То, как программа стволовой клетки активируется в уже специализированной клетке, остается неизвестным. Однако для Лукаса Хёрмайера это исследование — только начало. Ученые убеждены, что дальнейшие исследования с помощью молекулярной генетики и других методов позволят глубже понять механизмы заживления ран у растений и то, как растения устанавливают и поддерживают свои структурные паттерны.