Строгий внутренний тайминг: стволовые клетки неукоснительно следуют своему врождённому графику развития
Загадка того, что контролирует скорость развития у млекопитающих — от 22 месяцев у слона до 12 дней у опоссума, — может крыться в строгом внутреннем хронометраже плюрипотентных стволовых клеток каждого вида.
Команда по регенеративной биологии из Morgridge Institute for Research под руководством пионера в области стволовых клеток Джеймса Томсона изучает, можно ли ускорить скорость дифференцировки стволовых клеток в лаборатории.
В исследовании, опубликованном в феврале в журнале Developmental Biology, учёные проверили строгость "внутренних часов" развития в человеческих стволовых клетках во время нейральной дифференцировки.
Ключевые эксперименты:
- В чашке Петри: сравнили скорость дифференцировки клеток в лаборатории со скоростью развития клеток человека in utero.
- В организме мыши: вырастили человеческие стволовые клетки в мышином организме, окружив их факторами (кровь, гормоны роста, сигнальные молекулы) вида, который развивается гораздо быстрее человека.
Результат: В обоих случаях клетки не отклонились от своего врождённого графика развития, несмотря на изменения окружающей среды.
"Что нас поразило, так это этот очень внутренний процесс внутри клеток, — говорит ведущий автор Крис Барри. — У них есть самокодирующие часы, которым не требуется внешний стимул от матери, матки или даже соседних клеток, чтобы знать свой темп развития".
Методология: Для точного сравнения времени развития видов с радикально разными сроками беременности (9 месяцев против 3 недель) команда использовала алгоритм Dynamic Time Warping, изначально созданный для распознавания речевых паттернов. Алгоритм растягивает или сжимает временную шкалу одного вида, чтобы сопоставить схожие паттерны экспрессии генов у другого. С его помощью учёные идентифицировали более 3000 генов, которые регулируются быстрее у мышей, и не нашли ни одного, который бы регулировался быстрее в человеческих клетках.
Значение исследования:
- Доверие к моделям: Поведение стволовых клеток в чашке Петри почти точно соответствует тому, что происходит в природе. Это важно для изучения эмбриологии и моделирования заболеваний.
- Новые возможности: Открывает путь к изучению эмбриологии китов и других видов с очень долгим или коротким сроком беременности с помощью их стволовых клеток.
- Перспектива для медицины: Решение загадки клеточного времени может иметь огромное значение. Например, клетки центральной нервной системы созревают месяцами, что слишком долго для терапии. Если сократить этот срок до недель, можно будет выращивать клетки для борьбы с болезнями Паркинсона, Альцгеймера, Хантингтона, рассеянным склерозом и травмами спинного мозга.
"Если окажется, что эти часы универсальны для разных типов клеток, — говорит Барри, — вы смотрите на широкий спектр воздействия по всему телу".