Учёные обнаружили эмбриональное происхождение взрослых плюрипотентных стволовых клеток
Многие далёкие друг от друга беспозвоночные обладают популяциями взрослых плюрипотентных стволовых клеток (aPSCs), способных регенерировать практически любой тип клеток (тотальная регенерация). Однако механизм их образования у любого вида оставался неизвестным.
Исследователи из Гарвардского университета изучили этот процесс у червя Hofstenia miamia (трёхполосый пантеровый червь), который полностью регенерирует с помощью aPSCs, называемых необластами.
Метод: отслеживание судьбы клеток
- Используя ранее разработанный метод трансгенеза, учёные создали линию червей, клетки эмбрионов которых светятся зелёным флуоресцентным белком Kaede.
- Этот белок фотоконвертируемый: облучение лазером определённой длины волны превращает зелёное свечение в красное. Это позволило пометить отдельные клетки эмбриона и проследить их судьбу (линейное трассирование).
Ключевое открытие
- Раннее деление клеток эмбриона у H. miamia стереотипно, что позволяет последовательно идентифицировать и изучать одни и те же клетки у разных эмбрионов.
- Систематическое отслеживание каждой клетки на ранних стадиях позволило построить полную карту судеб на стадии восьми клеток.
- На стадии шестнадцати клеток была обнаружена специфическая пара клеток (3a/3b), потомки которой походили на необласты.
Доказательство плюрипотентности
Чтобы подтвердить, что клетки 3a/3b являются источником aPSCs, исследователи проверили их на соответствие всем известным свойствам стволовых клеток:
- Регенерация: Потомки только этих клеток создавали новую ткань при регенерации.
- Генный профиль: С помощью сортировки клеток и секвенирования одноклеточной РНК было подтверждено, что на молекулярном уровне потомки клеток 3a/3b соответствуют стволовым клеткам (экспрессируют сотни генов, включая ген Piwi), а потомки любых других клеток — нет.
Молекулярные регуляторы
- Создав обширный набор данных об экспрессии генов на уровне одной клетки на всех стадиях эмбриогенеза, учёные смогли определить набор генов, специфически экспрессируемых в линии клеток, образующих стволовые клетки.
- «Наше исследование выявляет набор генов, которые могут быть очень важными контролёрами формирования стволовых клеток», — сказал ведущий автор Джулиан О. Кимура. «Гомологи этих генов играют важную роль в стволовых клетках человека, и это актуально для всех видов».
Значение исследования
Работа впервые определяет клеточный источник и молекулярную траекторию формирования взрослых плюрипотентных стволовых клеток у животного. Знание молекулярных регуляторов aPSCs позволит сравнивать эти механизмы у разных видов и понять, как эволюционировали плюрипотентные стволовые клетки.