Как случайна специализация стволовых клеток?

В течение нескольких недель из оплодотворённой яйцеклетки развивается новый организм. Чудо в том, что группа идентичных стволовых клеток превращается в совершенно разные специализированные типы. Команда под руководством Кристиана Шрётера из Института молекулярной физиологии им. Макса Планка показала, что специализация клеток во время эмбрионального развития определяется не только случайностью, но и клеточной коммуникацией.

Стволовые клетки могут развиться в любой из более чем 200 типов клеток человека. Важный регулятор этого процесса — транскрипционные факторы NANOG и GATA, которые изначально присутствуют в недифференцированных клетках. На ранней стадии развития клетки выбирают путь: клетки раннего эмбриона (только NANOG) или клетки-предшественники плодного пузыря (только GATA). Ранее считалось, что этот выбор для каждой клетки случаен, подобно броску игральной кости.

Решение принимается коллективно

В новом исследовании учёные подтвердили теоретическую концепцию о скоординированной специализации. Эксперименты со стволовыми клетками in vitro показали, что решение не принимается случайно на уровне отдельной клетки, а согласуется внутри клеточного сообщества.

"Жульничество" в игре случая

Исследователи манипулировали системой, искусственно увеличив количество GATA в клетках (чтобы "кость" всегда выпадала в пользу GATA). Однако пропорции двух типов клеток оставались сбалансированными — нельзя было произвольно увеличить число клеток-предшественников плодного пузыря. Это означает, что распределение задач зависит не только от случая.

Коммуникация как ключевой фактор

Учёные исследовали роль клеточной коммуникации через сигнальные вещества, например, факторы роста. Если у клеток забирали важный фактор роста, они не могли развиться в клетки-предшественники плодного пузыря даже при избытке GATA. Чем больше фактора роста получали клетки, тем больше таких предшественников образовывалось. Без коммуникации клетки теряли способность делиться в правильных пропорциях.

«Коммуникация в развитии клеток похожа на работу в команде... Решает не только состояние отдельной клетки, но и функционирующая коммуникация с другими клетками», — объясняет Кристиан Шрётер.

Исследование опубликовано в журнале Development.