Исследователи раскрывают, как стволовые клетки принимают решения

Эмбриональные стволовые клетки обладают удивительной способностью развиваться в любой тип клеток. На пути к превращению, например, в клетку печени или сердца, они должны неоднократно выбирать между альтернативными путями развития. Как они принимают эти решения, в значительной степени неизвестно. Международная команда биофизиков детально изучила этот процесс, наблюдая за клетками в момент принятия решения. Публикация в Nature Communications от 23 октября.

Эмбриональные стволовые клетки обладают огромным потенциалом для медицинских применений, таких как восстановление больных тканей или персонализированный скрининг лекарств. Для этих применений требуется преобразование стволовых клеток в строго определённые зрелые типы клеток, что остаётся сложной задачей. Часто популяция стволовых клеток развивается в разные типы клеток, что мешает биомедицинским применениям. Например, тест на токсичность для печени не должен содержать клетки почек. Чтобы лучше понять и контролировать процесс созревания, команда учёных из Лейдена, Утрехта и Бостона изучила путь от стволовой клетки до зрелых типов клеток, анализируя каждую клетку по отдельности.

РНК-секвенирование

Физик из Лейдена Стефан Семрау и коллеги применили революционный новый метод к эмбриональным стволовым клеткам: одноклеточное РНК-секвенирование. Эта техника позволяет измерить количество и последовательность всех молекул РНК в отдельных клетках. Состав молекул РНК характерен для определённого типа клеток — это своего рода генетическая визитная карточка. Гены, важные для конкретного типа клеток, будут представлены множеством молекул РНК, в то время как другие гены неактивны.

С помощью РНК-секвенирования команда обнаружила сложную динамическую картину. Когда они обработали стволовые клетки ретиноевой кислотой — важной сигнальной молекулой — все стволовые клетки изначально реагировали одинаково. Однако через 24 часа популяция клеток разделилась на две группы, которые сохранялись до конца 4-дневного эксперимента. Другими словами, стволовые клетки выбрали между двумя альтернативными типами клеток. Эксперимент выявил, какие белки участвуют в этом процессе, что поможет понять клеточное принятие решений на молекулярном уровне.

Новое исследование с помощью секвенирования также является важным шагом к пониманию эмбрионального развития. Это связано с тем, что разделение изначально однородной популяции — это фундаментальный процесс, благодаря которому все типы клеток в нашем теле создаются из одной оплодотворённой яйцеклетки.