7 April 2023, 17:30

Ученые раскрыли механизм «самоопределения» стволовых клеток нервного гребня

Ученые раскрыли механизм «самоопределения» стволовых клеток нервного гребня
PFR-модели развития пигментных клеток рыбок Danio из нервного гребня

Клетки нервного гребня — это мигрирующие стволовые клетки, которые способны развиваться в различные клеточные типы, включая нейроны, клетки глии, хрящей, пигментные клетки и прочие.

«У зародышей всех позвоночных формируются хорда и нервная трубка, и в последней возникает тот самый нервный гребень, в котором формируются клетки, способные мигрировать по всему организму и преобразовываться в клетки разных типов. Этот процесс хорошо изучен, но до сих пор непонятно, в какой момент происходит выбор клеткой “своей судьбы”. Версия ограниченного пути (DFR, direct fate restriction) предполагает, что в ходе миграции клетка достигает целевого органа и под воздействием сигналов от этого органа приобретает свой окончательный тип. Например, в коже под влиянием каких-то окружающих клеток образуются пигментные клетки. Версия прогрессивного пути (PFR, progressive fate restriction) предполагает, что клетка сначала приобретает предопределенный клеточный тип и дальше направляется в предназначенную ей ткань», — рассказал об исследовании Всеволод Макеев, заведующий кафедрой биоинформатики МФТИ. 

Клетки нервного гребня со своими потомками не образуют пластов из-за постоянной миграции, и их довольно трудно выделить на пути перехода, а потому проблематично и анализировать. В новой работе международная группа ученых выбрала в качестве объекта исследования пигментные клетки ярких рыбок Danio rerio. Предполагается, что у позвоночных все представители этого типа имеют общего уникального предшественника.

У Danio rerio есть три типа пигментных клеток: черные меланоциты, желтые ксантофоры и отражающие серебристые иридофоры. Таким образом, в ходе формирования все три типа пигментных клеток распределяются особым образом, складывая трехцветный рисунок с продольными черными полосками.

Исследователи изучили судьбу 1317 клеток нервного гребня мальков. Для этого они поместили последовательность зеленого флуоресцентного белка рядом с определенным геном, который активируется у клеток нервного гребня на ранних стадиях развития. Продукт этого гена заставляет светиться всех потомков таких клеток, что позволяет проследить дальнейшую судьбу путешественников. 

Первоначально ученые задались целью ответить на вопрос о том, как происходит само «определение судьбы»: получают ли клетки нервного гребня, достигая какого-то места, сигналы о предстоящем изменении от окрестных тканей, либо с самого начала своего пути «специализированы» и идут к своей цели. Споры на эту тему ведутся уже более 15 лет, и проведено довольно много экспериментов в подтверждение каждой из теорий. В настоящее время наиболее популярна компромиссная концепция PFR, согласно которой в ходе миграции возможности выбора у клетки постепенно уменьшаются. Например, при выходе из нервного гребня клетка направляется в сторону кожи. В начале пути клетка может выбрать любую судьбу, потом — любую, кроме хрящевой, а где-то ближе к «пункту назначения» у нее остается выбор стать только одной из трех пигментных клеток.

В этом исследовании первоначально планировалось выявить промежуточные типы, в частности, найти и описать предшественников трех видов пигментных клеток. К удивлению исследователей, этого сделать не удалось. Было обнаружено, что клетки, которые могут давать все типы пигментных клеток, как минимум могут образовывать еще периферические нейроны и клетки глии. Такая ситуация в чем-то схожа с теорией, что клетки нервного гребня в итоге делают свой окончательный выбор, получая сигналы от клеток, окружающих их, когда они достигают конечного пункта, с той разницей, что число возможных типов сильно меньше, чем полный спектр производных нервного гребня. Например, клетки, которые переходят в хрящи, определяют свой тип существенно раньше.

«В результате анализа мы пришли к новой модели, где клеточный тип определяется динамически: приближаясь к месту назначения, “предшественники” ведут себя в зависимости от поступающего к ним от окружения сигнала; если сигнал поступает, клетки приобретают свой окончательный тип, а если нет, они меняют свое “внутреннее состояние” таким образом, что становятся в состоянии воспринять другой сигнал и приобрести другой клеточный тип. Если и этот сигнал не поступает, клетки опять меняют свое внутреннее состояние. Подобная модель позволяет объяснить результаты многих экспериментов. Это как выбор работы: мы нацелены на определенный результат и ждем предложений, но, если они не поступают, рассматриваем и варианты других профессий, начинаем обращать внимание на предложения, которые игнорировали раньше», — подытожил Всеволод Макеев.

Source:  Пресс-служба МФТИ

News article publications

Read also

Ученые выяснили, как криоконсервация влияет на эмбрионы млекопитающих
Они сосредоточились на поглощении и накоплении их клетками липидов — сложных процессах, сильно зависящих от целостности мембран и нормального функционирования генов и белков
Cell Biology
Cryobiology
Embryology
8 November 2022
Синаптамид из печени кальмара способен снизить воспаление в почках при ишемии
Ученые показали, что вещество, выделенное из печени дальневосточного кальмара, снижает воспаление в почках при ишемии — нарушении кровоснабжения органа. Благодаря этому соединение потенциально можно будет использовать при лечении болезней почек.
Cell Biology
Immunology
Marine biology
16 March 2024
Найдена новая форма жизненно важных белков — актинов
Ученые из Московского физико-технического института совместно с коллегами из Института цитологии РАН, Объединенного института ядерных исследований и Университета Южной Флориды (США) изучили инактивированную форму белка актина. Это исследование поможет в понимании механизмов функционирования ядра живой клетки — органеллы, в которой сосредоточен наследственный аппарат, и в разработке новых методов терапии возрастных заболеваний.
Cell Biology
Microbiology
Molecular Biology
11 February 2024
Соседние с опухолью клетки отличаются от здоровых клеток человеческого тела
Международный коллектив представил результаты исследования о воздействии раковых образований на соседние ткани. Ранее это воздействие детально не изучалось. Полученные данные помогут разработать более эффективные методы лечения онкологических заболеваний и создать лекарственные препараты нового поколения.
Cancer Research
Cell Biology
Molecular Biology
Oncology
24 January 2024
Глиомные клетки обмениваются друг с другом вирус-подобными частицами с мРНК
Ученые из МФТИ с коллегами выяснили, что клетки глиомы — опухоли мозга — могут обмениваться генетической информацией с помощью вирус-подобных частиц. Они формируются при участии белка вирусного происхождения, который образует капсидные контейнеры для мРНК. Результат исследования поможет разобраться в биологии развития глиом — наиболее распространенной и опасной формы рака головного мозга.
Cell Biology
Genetics
Virology
6 January 2024
Усовершенствованные плазмиды облегчат получение терапевтически значимых белков
Ученые из ФИЦ Биотехнологии РАН усовершенствовали конструкцию генетического вектора, с помощью которого в клетках млекопитающих можно синтезировать белки, используемые для лечения различных заболеваний, например гемофилии и бесплодия. Авторы уменьшили размер генетической конструкции на одну треть таким образом, что уровень биосинтеза модельного белка увеличился на 20%, сохранив а способность векторной плазмиды поддерживать постоянный уровень биосинтеза белков в течение 60 дней практически не изменилась.
Cell Biology
Genetics
Molecular Biology
26 November 2023