Исследователи из Института Стоуэрса определили ключевую молекулу, которая заставляет стволовые клетки плоского червя делать копии самих себя. Молекула, называемая EGFR-3, является частью каскада сигналов, которые, по-видимому, контролируют способ деления и дифференциации этих клеток в ответ на почти смертельные уровни радиации.Открытие, опубликованное 11 августа 2016 года в журнале Developmental Cell, имеет важное значение для развития регенеративной медицины и разработки более эффективных методов лечения рака.«Все гены в этом сигнальном каскаде консервативны, от планарий до людей.
Подобный процесс может происходить и в наших собственных клетках, мы просто не знаем об этом», — говорит Алехандро Санчес Альварадо, доктор философии. , исследователь из Института Стоуэрса и Медицинского института Говарда Хьюза, который является старшим автором исследования. «Фактически, все, что беспокоит наше тело — старение, травмы, даже острая еда — может повлиять на функции наших стволовых клеток. Если мы лучше поймем, как планарии регулируют популяционную динамику своих стволовых клеток, это может дать ключ к решению этой проблемы. наши собственные патологии ".Планарии известны во всем мире своими регенерирующими свойствами. Разделите один пополам, и на его месте появятся два одинаковых организма.
Вырежьте фрагмент, равный 1/279 размера исходного животного, и он восстановит целое животное. Эта способность возникает в особой группе взрослых стволовых клеток, называемых необластами, которые распространены по телам этих пресноводных червей. Несколько лет назад исследователи проверили пределы возможностей этих стойких существ, подвергнув их почти смертельным дозам радиации. Они обнаружили, что даже если остался всего один необласт, его было достаточно, чтобы пополнить всю популяцию стволовых клеток планарии.
В этом исследовании Санчес Альварадо хотел определить точные сигналы, которые сформировали эту драматическую динамику численности населения. Кай Лей, доктор философии, доктор наук в своей лаборатории, решил заняться обычными подозреваемыми, а именно EGF, FGF, инсулин, VEGF, TGF-бета, Wnt / бета-катенин, Hedgehog и передача сигналов Notch. пути, которые были связаны со стволовыми клетками и, таким образом, могут играть роль в этом процессе. Во-первых, Лей и его коллеги использовали передовую молекулярную технику, называемую РНК-интерференцией, чтобы заставить замолчать различные гены в предполагаемых сигнальных путях. Затем он подверг планарии дозе радиации, которая убила бы большинство, но не всех обитающих в них необластов.
Затем он подождал, чтобы увидеть, как каждый заглушенный ген влияет на способность необластов восстанавливаться, заселять и восстанавливать выживаемость облученных животных.Исследователи обнаружили, что ген egfr-3 необходим для репопуляции необластов. Этот ген кодирует белок, который находится на поверхности клеток и связывает другой белок, называемый эпидермальным фактором роста, который, как известно, стимулирует рост, пролиферацию и дифференцировку в других типах клеток. Когда они подтвердили свои выводы, используя флуоресцентное окрашивание для освещения белка EGFR-3 на необластах, они наткнулись на кое-что любопытное.
Белки располагались на вершине клетки, как и ожидали исследователи, но вместо того, чтобы беспорядочно распределяться по всей поверхности, они были собраны вместе с одной стороны, как непослушная шевелюра.Неравномерное распределение EGFR-3 предполагает, что белок может быть вовлечен в явление, известное как асимметричное деление клеток, которое наряду с симметричным делением клеток составляет два способа, которыми клетки копируют сами себя. При асимметричном делении клетки материнская клетка делится на две дочерние клетки, у которых разные судьбы: одна может быть необластом, другая — мышечной клеткой или фоторецепторной клеткой. При симметричном делении клетки материнская клетка делится на две дочерние клетки, которые имеют все одинаковые атрибуты.
«Несмотря на то, что асимметричное деление клеток уже давно предполагается, что у планарий существует, наше исследование предоставляет первое прямое молекулярное свидетельство его существования», — говорит Лей. Он показал, что, когда EGFR-3 функционировал нормально, облученные необласты были разделены асимметричным делением клеток в половине случаев и симметричным делением клеток в другой половине времени. Но когда он подавил EGFR-3, асимметричное деление клеток было нарушено.
Исследователи полагают, что этот конкретный путь может обеспечивать своего рода контроль качества, чтобы гарантировать, что ошибки, сделанные в геноме в результате облучения или других форм повреждения, не будут распространяться. Фактически, когда они посмотрели дальше, Санчес Альварадо и его команда обнаружили несколько генов, участвующих в восстановлении ДНК.
«Асимметричное деление клеток может быть способом избавления от плохих яблок. У нас пока нет доказательств, но мы думаем, что этот сигнальный путь помогает перемещаться по клеткам, несущим дефекты, давая им разные судьбы, чтобы они больше не производили больше стволовых клеток (необластов).
Прогноз будет заключаться в том, что только клетки с лучшей ДНК останутся и послужат шаблоном для будущих поколений — то, что мы должны проверить в следующий раз », — сказал Санчес Альварадо.