Открытие, опубликованное сегодня в Интернете в журнале Nature, измеряет производство белка, процесс, известный как трансляция, и показывает, что синтез белка является не только фундаментальным для того, как регулируются стволовые клетки, но также имеет решающее значение для их регенеративного потенциала.«Мы открыли новые области клеточной биологии, которых никто раньше не видел», — сказал доктор Шон Моррисон, директор Детского научно-исследовательского института, профессор педиатрии и заведующий кафедрой детской генетики Мэри Макдермотт в Юго-западном медицинском центре Юго-Западного штата Юта. «Никто никогда не изучал синтез белка в соматических стволовых клетках.
Это открытие не только говорит нам что-то новое о регуляции стволовых клеток, но и открывает возможность изучать различия в синтезе белка между многими типами клеток в организме. Мы считаем, что существуют неизведанный мир биологии, который позволяет различным типам клеток синтезировать белок с разной скоростью и разными способами, и что эти различия важны для выживания клеток ».
Лаборатория доктора Адриана Салика в Гарвардской медицинской школе химически модифицировала антибиотик пуромицин таким образом, чтобы можно было визуализировать и количественно оценить количество белка, синтезируемого отдельными клетками в организме. Д-р Роберт А.Дж.
Сигнер, научный сотрудник лаборатории доктора Моррисона и первый автор исследования, понял, что этот реагент может быть адаптирован для измерения синтеза нового белка стволовыми клетками и другими клетками кроветворной системы.По словам доктора Моррисона, то, что они увидели, было поразительным.
Полученные данные свидетельствуют о том, что разные типы клеток крови производят совершенно разное количество белка в час, и, в частности, стволовые клетки синтезируют гораздо меньше белка, чем любые другие кроветворные клетки.«Этот результат предполагает, что кроветворные стволовые клетки требуют более низкой скорости синтеза белка по сравнению с другими кроветворными клетками», — сказал доктор Моррисон, старший автор статьи.
Исследователи применили полученные данные к модели мышей с генетической мутацией в компоненте рибосомы — механизма, который производит белки — и скорость производства белка была снижена в стволовых клетках на 30 процентов. Ученые также увеличили скорость синтеза белка, удалив ген-супрессор опухолей Pten в кроветворных стволовых клетках. В обоих случаях функция стволовых клеток была заметно нарушена.
Вместе эти наблюдения демонстрируют, что кроветворные стволовые клетки требуют строго регулируемой скорости синтеза белка, так что увеличение или уменьшение этой скорости нарушает функцию стволовых клеток.«Удивительно, но когда мышей с мутантами по рибосомам и мышей с мутантами Pten были скрещены вместе, функция стволовых клеток вернулась к норме, и мы значительно задержали, а в некоторых случаях полностью заблокировали развитие лейкемии», — сказал доктор Моррисон. «Все это произошло потому, что производство белка в стволовых клетках вернулось к норме. Как будто две ошибки сделали правильное».Многие заболевания, включая дегенеративные заболевания и определенные типы рака, связаны с мутациями в механизме, производящем белки.
Однако еще предстоит понять, почему это так. Подобные открытия повышают вероятность того, что изменения в синтезе белка необходимы для развития этих заболеваний.
«Многие люди думают о синтезе белка как о вспомогательной функции, поскольку он происходит за кулисами во всех клетках», — сказал д-р Сигнер. «Реальность такова, что многие домашние функции строго регулируются; они просто недостаточно изучены, чтобы распознать разницу между клетками. Я думаю, что то, что мы видим в этом исследовании, является лишь верхушкой айсберга, где процесс белковой продукция, вероятно, сильно различается в разных типах клеток ».