Разработав новый метод выявления потенциальных генетических регуляторов в стволовых клетках планарий, ученые Института Уайтхеда определили, какие из этих генов влияют на две основные функции стволовых клеток. Три из этих генов особенно интересны, поскольку они кодируют белки, аналогичные тем, которые, как известно, регулируют эмбриональные стволовые клетки млекопитающих. Такое генетическое сходство делает планарий еще более привлекательной моделью для изучения биологии стволовых клеток in vivo.

АКТУАЛЬНОСТЬ: Стволовые клетки могут способствовать восстановлению поврежденных, больных или отсутствующих тканей у людей, таких как клетки, продуцирующие инсулин, у диабетиков и нервные клетки у пациентов с повреждениями спинного мозга. Благодаря известным свойствам планарий к регенерации и более чем половине их генов, гомологичных человеческим, планария кажется логичным выбором для изучения поведения стволовых клеток. Однако до сих пор ученым не удавалось эффективно идентифицировать гены, регулирующие систему стволовых клеток планарий.

КЕМБРИДЖ, Массачусетс. - Несмотря на свой непритязательный внешний вид, плоские черви-планарии из лаборатории члена Института Уайтхеда Питера Реддина раскрывают новые важные сведения о биологии стволовых клеток - сведения, которые в конечном итоге могут помочь таким клеткам сыграть многообещающую роль в регенеративной медицине.

В выпуске журнала за эту неделю Cell Stem Cell Реддиен и ученые его лаборатории сообщают о разработке нового подхода к выявлению и изучению генов, контролирующих поведение стволовых клеток у планарий. Интересно, что по крайней мере один класс этих генов имеет аналог в эмбриональных стволовых клетках человека.

«Это огромный шаг вперёд в изучении планарий как системы in vivo, в которой можно исследовать роль регуляторов стволовых клеток», — говорит Реддиен, который также является доцентом кафедры биологии в Массачусетском технологическом институте и научным сотрудником Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI). «В целом, я думаю, что это начало поиска общих принципов, которые используют все животные. Я бы сказал, что мы находимся в начале этого процесса».

Планарии (Schmidtea mediterranea) — это крошечные пресноводные плоские черви, способные размножаться делением. Разрывая себя буквально пополам, черви используют стволовые клетки, называемые необластами, для восстановления отсутствующих тканей и органов, в результате чего примерно за неделю формируются две полноценные планарии.

В отличие от полностью дифференцированных клеток мышц, нервов или кожи, определенные стволовые клетки, такие как цнеобласты и эмбриональные стволовые клетки, плюрипотентны, обладая способностью превращаться в клеточный тип в организме. Исследователи давно интересовались использованием этой способности для восстановления поврежденных, больных или отсутствующих тканей у людей, таких как клетки, продуцирующие инсулин, у диабетиков или нервные клетки у пациентов с повреждениями спинного мозга.

В настоящее время терапевтическому использованию стволовых клеток препятствуют несколько проблем, в том числе получение стволовых клеток для дифференцировки в желаемый тип клеток в соответствующем месте и успешная интеграция таких клеток с окружающими тканями без образования опухолей. Для решения этих проблем исследователям необходимо лучшее понимание того, как стволовые клетки функционируют на молекулярном уровне, особенно в среде обитания живого организма. На сегодняшний день значительное количество исследований эмбриональных стволовых клеток было проведено в искусственной среде чашки Петри.

Благодаря известным свойствам планарий к регенерации и тому, что более половины их генов гомологичны человеческим, планария кажется логичным выбором для этого направления исследований. Тем не менее, до сих пор ученым не удавалось эффективно найти гены, регулирующие систему стволовых клеток планарий.

Постдокторант Дэн Вагнер, первый автор статьи Cell Stem Cell, и Реддиен разработали эффективный метод выявления потенциальных генетических регуляторов, а затем определения того, влияют ли эти гены на две основные функции стволовых клеток: дифференцировку и обновление популяции стволовых клеток.

Определив гены, активные в cНеобластах, Вагнер облучил планарий, оставив в каждой по одному выжившему cНеобласту. Оставленный в покое, каждый cНеобласт может формировать колонии новых клеток с очень специфическими темпами дифференцировки и обновления стволовых клеток.

Исследователи отключили каждый из активных генов, по одному на планарию, и наблюдали за реакцией выживших cНеобластов. Сравнивая скорость дифференцировки и обновления стволовых клеток с показателями нормальных cНеобластов, они смогли определить роль каждого гена. Таким образом, если в колонии, содержащей определённый отключённый ген, было обнаружено меньше стволовых клеток, чем в контрольной группе, можно было сделать вывод, что рассматриваемый ген играет роль в процессе обновления стволовых клеток. И если в колонии было меньше дифференцированных клеток, чем обычно, то повреждённый ген мог быть связан с дифференцировкой.

"Поскольку это количественный метод, теперь мы можем точно измерить роль каждого гена в различных аспектах функционирования стволовых клеток", - говорит Вагнер. "Возможность измерять активность стволовых клеток с помощью колонии - это значительное улучшение по сравнению с методами, существовавшими ранее, которые были гораздо более косвенными".

В общей сложности Вагнер идентифицировал 10 генов, влияющих на обновление цнеобластов, и два гена, играющих роль как в обновлении, так и в дифференцировке. По словам Вагнера, три гена обновления стволовых клеток представляют особый интерес, поскольку они кодируют белки, сходные с компонентами репрессивного комплекса Polycomb 2 (PRC2), который, как известно, регулирует биологию стволовых клеток в эмбриональных стволовых клетках млекопитающих и в других системах стволовых клеток.

"Это интересно, потому что наводит на мысль о параллели между тем, как стволовые клетки функционируют у планарий и у млекопитающих. Например, может быть сходство между тем, как цнеобласты и эмбриональные стволовые клетки функционируют и поддерживают стволовость на молекулярном уровне ", - говорит он