Исследователи AMOLF обнаружили, что стволовые клетки сначала превращаются в функциональные клетки, а затем перемещаются в нужное место, а не наоборот.
Исследователи из AMOLF в Амстердаме и института Хубрехта в Утрехте представили новую модель, показывающую, как стволовые клетки превращаются в функциональные клетки. Они обнаружили, что их положение в органе не так важно, как утверждают современные модели. Скорее всего, стволовые клетки сначала выбирают свою идентичность и только потом перемещаются в соответствующее положение.
Эти открытия были сделаны с использованием кишечных органоидов и новой техники TypeTracker, которую теперь можно использовать для понимания других органов на клеточном уровне и эффектов мутаций и лекарств. Результаты были опубликованы 18 августа в журнале Science Advances .
Наш кишечник содержит разные типы клеток, каждая из которых выполняет определенную задачу. Так же, как и во многих других местах нашего тела, клетки в кишечнике постоянно обновляются: стволовые клетки развиваются в специализированные клетки, выполняющие функцию, например, выделять вещества, защищающие кишечник, или поглощать питательные вещества из пищи.
«Из предыдущих исследований мы знаем, что стволовые клетки находятся в долинах стенки кишечника («крипты»), в то время как наиболее специализированные и функциональные клетки расположены на вершинах гор («ворсинки»)», — говорят Сандер Танс и Йерун ван Зон, который совместно руководил исследованиями в AMOLF.
«Клетки в стенке кишечника обновляются примерно каждую неделю, используя стволовые клетки в криптах, которые растут, делятся и мигрируют к ворсинкам. Раньше мы думали, что, двигаясь вверх к ворсинкам, стволовые клетки получают указание стать функциональная клетка. Это была очень привлекательная модель, поскольку она естественным образом объясняет, как эти функциональные клетки расположены в нужном месте. Однако наши данные показывают другую картину».
Органоиды
Эти данные были получены с использованием органоидов: мини-органов, которые настолько реалистично имитируют исходный орган, что ученые могут использовать их для изучения его функционирования или для тестирования лекарств. Кандидат наук. студент Сюань Чжэн разработал новую технику TypeTracker для изучения специализации стволовых клеток.
«Сначала я снимал 3D-фильм о растущем органоиде примерно на 60 часов, — говорит Чжэн. «Далее я анализирую эти записи с помощью искусственного интеллекта , который дает координаты всех клеток по мере их движения и деления, а значит, и клеточные генеалогические деревья».
Исследователи добавили к этой технике еще один шаг, который привел к удивительным открытиям. Чжэн заявляет: «Идентичность клеток определяется определенными белками. Но невозможно визуализировать все соответствующие белки в процессе роста. Поэтому вместо этого после просмотра фильма я использовал флуоресцентные и окрашенные антитела, которые специфически связываются с этими белками, чтобы визуализировать идентичность. клеток.
«Я понял, что благодаря структуре генеалогического древа я также могу показать, когда идентичность клеток менялась в прошлом. Это похоже на генеалогическое древо для людей: если у одной части семьи есть определенное заболевание, а у другой нет , вы можете проследить генеалогическое древо назад во времени, чтобы определить, когда возникла эта мутация».
Этот новый тип данных показал, что стволовые клетки приняли свою функциональную идентичность намного раньше, чем считалось ранее. Они сделали это еще глубоко внутри склепа, прежде чем мигрировать в область ворсинок, которая, как считалось, послужила триггером для запуска процесса специализации.
Модель фиксации, затем сортировки
Основываясь на этих экспериментах с клеточным генеалогическим древом, Чжэн сформулировал новую модель специализации кишечных стволовых клеток, которую исследователи назвали моделью «фиксация, затем сортировка». «Теперь мы знаем, где и когда стволовые клетки кишечника начинают специализироваться. Это имеет значение для всех видов других исследований», — говорит Чжэн.
«Считается, что различные заболевания вызваны дисбалансом между типами клеток . Например, те, которые выделяют гормоны, которые связаны с кишечным синдромом кишечника (СРК), ощущением сытости, а также так называемой осью кишечник-мозг.
«Понимание того, как клетки выбирают свою идентичность, является ключом к раскрытию регуляции этого баланса и контролю его с помощью медицинских вмешательств. Кроме того, если мы хотим лучше понять, какие молекулярные сигналы лежат в основе выбора судьбы, нам нужно изучить более ранние стадии, когда клетки все еще имеют сильную стволовую идентичность, а другие известные молекулярные сигналы, такие как путь WNT, который играет роль в клеточной специализации, все еще высоки».
Оборудование и процедура метода TypeTracker относительно просты. Поэтому он перспективен и для всех видов других исследований органоидов. «Идентификация клеток занимает центральное место во всех функциях органов и ранее была известна только на статических изображениях. Этот метод позволяет взглянуть на динамику на клеточном уровне. органы с совершенно другой трехмерной структурой, такие как ткань молочной железы, состоящая из каналов», — говорит Чжэн.
«Прелесть органоидов в том, что вы можете проследить под микроскопом программу роста на клеточном уровне и то, как она меняется из-за генетических мутаций, лекарств или вредных веществ. В конечном итоге мы надеемся разгадать молекулярные триггеры, которые определяют, как и когда возникают клетки специализируются».
