Эти «тотипотентоподобные» стволовые клетки способны генерировать не только все типы клеток в развивающемся эмбрионе, но также типы клеток, которые способствуют обмену питательными веществами между эмбрионом и матерью.На данный момент новые линии стволовых клеток, созданные исследователями Калифорнийского университета в Беркли, помогут ученым понять первые молекулярные решения, принятые на раннем эмбрионе. В конечном итоге, однако, эти идеи могут расширить репертуар тканей, которые могут быть получены из стволовых клеток, со значительными последствиями для регенеративной медицины и терапии на основе стволовых клеток.Считается, что оплодотворенная яйцеклетка обладает полным потенциалом развития, способной генерировать все типы клеток, необходимые для вынашивания эмбриона, включая развивающийся эмбрион и его внеэмбриональные ткани.
Уникальная особенность плацентарных млекопитающих, экстраэмбриональные ткани, такие как плацента и желточный мешок, имеют жизненно важное значение для обмена питательными веществами и отходами между плодом и матерью.Напротив, большинство эмбриональных и индуцированных плюрипотентных стволовых клеток более ограничены в своем потенциале развития, они способны образовывать типы эмбриональных клеток, но не внеэмбриональные ткани.
Способность оплодотворенной яйцеклетки генерировать как эмбриональные, так и внеэмбриональные ткани называется «тотипотентностью», конечным состоянием стволовых клеток, наблюдаемым только на самых ранних стадиях эмбрионального развития.«Исследования эмбрионального развития очень выигрывают от системы культивирования эмбриональных стволовых клеток и, в последнее время, индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Эти экспериментальные системы позволяют ученым анализировать ключевые молекулярные пути, которые определяют решения клеточной судьбы в эмбриональном развитии», — сказал руководитель группы Лин Хэ , доцент кафедры молекулярной и клеточной биологии Калифорнийского университета в Беркли. «Но уникальный потенциал развития зиготы, сформированный сразу после встречи сперматозоидов и яйцеклетки, очень и очень трудно изучить из-за ограниченности материалов и отсутствия экспериментальной системы культивирования клеток».Его новое исследование не только раскрывает новый механизм, регулирующий «тотипотентное» состояние стволовых клеток, но также предоставляет мощную систему культивирования клеток для дальнейшего изучения тотипотентности.
Она и ее коллеги сообщили о своем исследовании в Интернете 12 января перед печатной публикацией в журнале Science.МикроРНК и стволовые клеткиЭмбриональные стволовые (ES) клетки, собранные из эмбрионов мышей возрастом три с половиной дня или эмбрионов человека возрастом пять с половиной дней, называются плюрипотентными, потому что они могут стать любыми из тысяч. типов клеток в организме. Они вызвали ажиотаж в последние несколько десятилетий, потому что ученые могут изучать их в лаборатории, чтобы обнаружить генетические переключатели, которые контролируют развитие специализированных тканей у эмбриона и плода, а также из-за их способности заменять разрушенные ткани организма. такие как клетки поджелудочной железы у людей с диабетом или клетки сердечной мышцы у людей с застойной сердечной недостаточностью.
Эти стволовые клетки также позволяют исследователям изучать ранние стадии генетических заболеваний.В качестве альтернативы их извлечению из эмбрионов ученые также могут получить плюрипотентные стволовые клетки, обрабатывая зрелые соматические клетки коктейлем транскрипционных факторов, чтобы регрессировать их, чтобы они стали почти такими же гибкими, как эмбриональные стволовые клетки.
Эти искусственно полученные стволовые клетки называются индуцированными плюрипотентными стволовыми (iPS) клетками.Однако ни ES, ни iPS-клетки не так гибки, как исходная оплодотворенная яйцеклетка, которая может образовывать как внеэмбриональные, так и эмбриональные ткани.
К тому времени, когда эмбриональные стволовые клетки собирают из эмбриона мыши или человека, эти клетки уже преданы либо эмбриональному, либо внеэмбриональному клону.МикроРНК — это небольшие некодирующие РНК, которые не транслируются в белки, но оказывают глубокое влияние на регуляцию экспрессии генов. Он и ее коллеги обнаружили, что микроРНК под названием miR-34a, по-видимому, является тормозом, не позволяющим ES- и iPS-клеткам продуцировать экстраэмбриональные ткани.
Когда эта микроРНК была генетически удалена, как ES-, так и iPS-клетки смогли расширить свои решения в отношении развития для создания типов эмбриональных клеток, а также плаценты и желточных мешков. В их экспериментах около 20 процентов эмбриональных стволовых клеток, лишенных микроРНК, продемонстрировали расширенный потенциал судьбы. Кроме того, этот эффект может сохраняться в культуре клеток до месяца.
«Что удивительно, так это то, что манипулирование только одной микроРНК позволило значительно расширить возможности принятия решений о судьбе эмбриональных стволовых клеток», — сказал он. «Это открытие не только идентифицирует новый механизм, который регулирует тотипотентные стволовые клетки, но также показывает важность некодирующих РНК в судьбе стволовых клеток».Кроме того, в этом исследовании группа Хэ обнаружила неожиданную связь между miR-34a и определенным классом ретротранспозонов мыши.
Ретротранспозоны, долгое время считавшиеся «мусорной ДНК», представляют собой фрагменты древней чужеродной ДНК, составляющие значительную часть генома млекопитающих. В течение десятилетий биологи предполагали, что эти ретротранспозоны не служат никакой цели во время нормального развития, но результаты Хе предполагают, что они могут быть тесно связаны с принятием решений ранними эмбрионами.«Важный открытый вопрос заключается в том, являются ли эти ретротранспозоны реальными движущими силами принятия решений в отношении развития», — сказал Тодд МакФанлан, соавтор текущего исследования и исследователь из Национального института здоровья ребенка и развития человека Юнис Кеннеди Шрайвер в Бетесде, штат Мэриленд. .
