Как стволовая клетка «понимает», какой ей нужно стать — выяснили ученые
Как получаются все те различные типы клеток, из которых состоит организм — фундаментальный вопрос биологии. То, что на деление клеток и формирование разных типов тканей влияет определенное вещество, ученые уже предполагали. Сейчас это удалось доказать, а заодно, узнать важные нюансы.
Оказывается, для правильного процесса нужно хотя бы небольшое количество этого «катализатора». Кроме того, процесс оказался сложнее, чем считали ранее. Об исследовании сообщает Университет Дьюка (США), его результаты опубликованы в журнале Nature.
Начали авторы работы с наблюдений за ростом растений.
«Хотя растения и животные разошлись более миллиарда лет назад, они унаследовали большую часть одного и того же базового набора молекулярных инструментов, включая многие из генов, которые необходимы для функционирования клеток. Те же гены, которые регулируют деление клеток у растений, выполняют аналогичную работу у животных, включая человека», — объяснили важность исследования в университете.
Подобно тому, как человеческое тело состоит из множества типов клеток — в мозге, мышцах, костях и других местах, — растения также содержат разные типы, специализирующиеся на различных задачах. Корни, ветки, цветы и листья — практически все ткани растения происходят от небольших групп неспециализированных стволовых клеток, которые путем деления производят новые клетки.
Уже известно, что при делении каждая стволовая клетка может произвести две другие стволовые клетки — или же стволовую и клетку, которая приобретет специфику одной из тканей. Второй вариант деления называют асимметричным, и именно он дает возможность для появления такого сложного организма как одуванчик, или еще более сложного — человека. Однако также известно, что иногда происходят сбои — и образуются опухоли, что считается заболеваниями, например, раком.
Чтобы в подробностях рассмотреть ассиметричное деление, ученые пометили флуоресцентном белки SHORT ROOT (SHR) и SCARECROW (SCR) у резуховидки Таля и поместили растение под оптический микроскоп. Судя по прошлым исследованиям на растениях этого вида, данные вещества могут быть причастны к самоопределению стволовых клеток.
В итоге удалось точно фиксировать активность белков даже сквозь внешние ткани растущего корня. А значит, исследователи смогли сопоставить, как эти химические сигналы влияют на деление стволовых клеток в режиме реального времени.
Более того, они проверили, что произойдет, если снизить концентрацию этих белков или одного из них. Ведь ранее предполагалось, что они оказывают нужное воздействие на довольно высоком уровне и только вместе.
«Вопреки предыдущим прогнозам, исследования показали, что даже низких уровней этих белков, присутствующих на ранних этапах процесса превращения одной клетки в две, достаточно, чтобы вызвать переключение на асимметричное деление», — подчеркнули в университете.
В статье авторы добавляют, что иследования показали и то, что процесс «самоопределения» стволовых клеток во время деления гораздо сложнее, чем считалось. Удалось доказать, что именно наличие или отсутствие SHR определяет, будет клетка делиться асимметрично или нет. Однако для инициации деления и последующего процесса нужны и другие белки.
При этом процесс деления клетки занимает около 12 часов. И ученые столкнулись с новой загадкой: почему же тогда SHR и SCR воздействуют на нее лишь несколько минут и раньше, чем это кажется максимально эффективным?
