Исследования стволовых клеток раскрывают, как клетки-предшественники самообновляются, дифференцируются и формируют ранние структуры почки
Ученые из лаборатории Энди МакМэхона в USC Stem Cell провели два взаимодополняющих исследования, опубликованных в журнале Development, которые дают новое представление о критической роли сигнального пути Wnt в инициации развития млекопитающих.
"Многие стволовые клетки и клетки-предшественники требуют сигнализацию Wnt, и почка — особенно интересный пример, потому что уровень сигнализации может иметь совершенно разные результаты", — сказал Энди МакМэхон.
Оба исследования сосредоточены на клетках-предшественниках нефронов (NPC), которые формируют фильтрующие единицы почки (нефроны) у эмбрионов мышей.
"Без NPC постнатальные почки не способны формировать новые нефроны... Понимание сигналов, необходимых для самообновления, дифференцировки и формирования предшественников нефронов из их клеток-предшественников, имеет ключевое значение для создания искусственных почек на основе стволовых клеток", — отметила первый автор обоих исследований Елена Бугакова.
Ключевые выводы исследований:
Регуляция самообновления и дифференцировки: Ученые изолировали и выращивали NPC в лаборатории, воздействуя на них разным количеством химического вещества CHIR, которое изменяет активность пути Wnt.
- Низкие уровни сигнализации регулируют самообновление NPC, что критически важно для генерации полного числа клеток, необходимых для формирования 14 000 нефронов в почке мыши.
- Высокие уровни инициируют дифференцировку NPC в зрелые типы почечных клеток. Уровни белка бета-катенина определяют разные исходы для NPC.
Формирование предшественников нефронов: Индукция высоких уровней Wnt приводит к критическому клеточному переходу: изолированные NPC агрегируют и формируют небольшой кластер клеток — почечный пузырёк (renal vesicle). Каждый пузырёк является предшественником одного нефрона.
Механизм агрегации клеток: Во втором исследовании ученые выяснили, как путь Wnt направляет агрегацию NPC.
- Активация Wnt заставляет NPC прилипать друг к другу, превращаясь из подвижной и слабо организованной коллекции клеток в стационарную и организованную структуру.
- Этот процесс, известный как мезенхимально-эпителиальный переход, является отличительной чертой эмбрионального развития почки.
- Для достижения этой агрегации бета-катенин связывает адгезивные белки на поверхности NPC (кадгерины) через белок альфа-катенин со структурным каркасом внутри клетки.
Эти исследования углубляют понимание фундаментальной биологии развития почки и предоставляют важные инсайты для усилий Консорциума по созданию синтетической почки (Synthetic Kidney Consortium) по созданию почек из стволовых клеток и клеток-предшественников в качестве новой опции лечения для пациентов.