Новый метод штрихкодирования стволовых клеток бросает вызов научной догме
Семилетний проект по разработке системы штрихкодирования и отслеживания тканевых стволовых клеток выявил ранее неизвестные особенности нормального кроветворения. Данные учёных из Гарвардского института стволовых клеток в Бостонской детской больнице показывают, что миллиарды клеток крови, производимые ежедневно, создаются не кроветворными стволовыми клетками, а их менее плюрипотентными потомками — клетками-предшественниками. Исследователи предполагают, что кровь образуется из стабильных популяций различных долгоживущих клеток-предшественников, ответственных за образование конкретных типов клеток крови, в то время как стволовые клетки крови, вероятно, служат важным резервом.
Работа, поддержанная грантом NIH Director's New Innovator Award и опубликованная в Nature, указывает, что клетки-предшественники могут быть так же ценны для терапий регенерации крови, как и стволовые клетки.
Это новое исследование бросает вызов устоявшемуся в учебниках мнению о том, что стволовые клетки крови поддерживают ежедневное обновление крови. Этот вывод был сделан на основе их важности для восстановления популяций клеток крови после трансплантации костного мозга — факт, который остаётся верным. Однако из-за отсутствия инструментов для изучения нормального кроветворения никто не мог отследить происхождение клеток крови без проведения трансплантации.
Учёный Фернандо Камарго и его коллега Цзяньлун Сунь решили эту проблему с помощью инструмента, который генерирует уникальный штрихкод в ДНК всех кроветворных стволовых клеток и их клеток-предшественников у мыши. Когда помеченная клетка делится, все её клетки-потомки несут тот же штрихкод. Эта биологическая система инвентаризации позволяет определить количество используемых стволовых клеток/предшественников для производства крови и продолжительность их жизни, а также ответить на фундаментальные вопросы о происхождении отдельных клеток крови.
«Раньше не было столь мощного экспериментального метода, который позволял бы изучать родственные связи между зрелыми типами клеток в организме без трансплантации», — сказал Сунь.
Как работает система
«Лучшая идея, которая у меня была, — использовать мобильные генетические элементы, называемые транспозонами», — пояснил Камарго.
Транспозон — это фрагмент генетического кода, который может перемещаться в случайную точку ДНК под действием фермента транспозазы. Метод использует трансгенных мышей, у которых во всех клетках крови присутствует один транспозон рыбного происхождения. При воздействии транспозазы транспозон в каждой клетке крови меняет своё положение в геноме. Место в ДНК, куда переместился транспозон, действует как уникальный штрихкод клетки. Таким образом, если взять кровь у мыши через несколько месяцев, любые клетки с одинаковым положением транспозона можно связать с их родительской клеткой.
На разработку системы ушло семь лет. С её помощью были получены данные о том, сколько стволовых клеток или клеток-предшественников вносят вклад в формирование иммунных клеток в крови мыши.
Будущее технологии
«Мы также невероятно рады использовать этот инструмент для штрихкодирования и отслеживания потомства различных стволовых клеток или клеток-предшественников в различных условиях — от старения до нормального иммунного ответа», — сказал Сунь.
«Эта технология может помочь решить фундаментальные вопросы о клеточных популяциях в твёрдых тканях. Можно представить возможность изучения прогрессии опухоли или определения точного происхождения раковых клеток, которые отделились от опухоли и циркулируют в крови», — добавил он.
«Я думаю, что это может изменить взгляд на взаимоотношения стволовых клеток и клеток-предшественников не только в области гематологии. Это действительно может стать прорывной технологией», — заключил Камарго.