Разделяй и определяй: ключ к пониманию того, как стволовые клетки производят разные типы клеток
Человеческий организм содержит триллионы клеток, все они происходят из одной клетки (зиготы), образованной слиянием яйцеклетки и сперматозоида. Эта единственная клетка содержит всю генетическую информацию, необходимую для развития человека, и передаёт идентичные копии этой информации каждой новой клетке при делении на множество разнообразных типов клеток.
Но если каждая клетка генетически идентична, как она становится клеткой кожи, крови, нерва, кости или другого типа? Как стволовые клетки считывают один и тот же генетический код, но делятся на совершенно разные типы?
Исследователи из Мичиганского университета нашли первые прямые доказательства того, что клетки могут различать кажущиеся идентичными копии хромосом во время деления стволовых клеток. Это указывает на возможность того, что различная информация на копиях хромосом может лежать в основе разнообразия типов клеток.
Учёные из лаборатории исследователя Института наук о жизни Юкико Ямаситы объяснили, как стволовые клетки различают две идентичные копии хромосом и распределяют их по дочерним клеткам в процессе, называемом неслучайной сегрегацией хромосом. Они также описали ответственные за это гены. Их работа была опубликована онлайн 5 мая в журнале Nature.
Во время цикла деления клетки материнская клетка дублирует свои хромосомы, создавая два идентичных набора. При делении на две клетки каждая получает по одному набору копий хромосом. Во многих случаях дочерние клетки идентичны материнской (например, одна клетка кожи делится на две).
Но в процессе асимметричного деления клетка делится на две неидентичные дочерние клетки (например, стволовая клетка кожи делится на другую стволовую клетку кожи и обычную клетку кожи). В этом случае генетическая информация в копиях хромосом остаётся той же, но тип клетки (или «клеточная судьба») различается.
Лаборатория Ямаситы использовала стволовые клетки из семенников плодовой мушки Drosophila для изучения процесса клеточного деления. Эти стволовые клетки делятся, производя другую стволовую клетку зародышевой линии и дифференцирующуюся клетку (гониобласт), которая в итоге становится сперматозоидом.
Исследователи пометили копии каждой хромосомы в стволовых клетках Drosophila во время их деления. С помощью этого метода они отследили тенденцию копий X и Y хромосом перемещаться либо в дочернюю стволовую клетку зародышевой линии, либо в гониобласт. Они смогли продемонстрировать, что копии X и Y хромосом (но не других хромосом) различаются и распределяются по дочерним клеткам с выраженным смещением.
Это первые прямые доказательства того, что клетки действительно обладают способностью различать идентичные копии хромосом и разделять их регулируемым образом. Эта способность предполагалась и гипотетизировалась, но никогда не была доказана.
По мнению исследователей, специфическая эпигенетическая информация, делающая такое деление возможным, закладывается во время гаметогенеза (процесса создания яйцеклеток или сперматозоидов) у родителей.
Многие другие клетки в организме способны делиться на два разных типа, особенно во время эмбрионального развития. Следующим шагом Ямаситы будет изучение того, является ли неслучайная сегрегация хромосом, наблюдаемая у Drosophila, широко распространённым явлением, характерным и для млекопитающих, включая человека.