Дифференцирующиеся стволовые клетки сигналят разноцветными маячками
Молекулярные маячки освещают дифференциацию стволовых клеток
LifeSciencesToday по материалам Brown University: Beacons light up stem cell transformation
Новые специально разработанные молекулярные «маячки» позволяют ученым в режиме реального времени наблюдать за экспрессией генов в популяциях стволовых клеток в процессе их дифференциации в клетки определенных тканей. Метод, разработанный учеными Университета Брауна, дает тканевым инженерам мощный инструмент, позволяющий найти то, что может заставить стволовые клетки дифференцироваться в клетки нужной ткани чаще и быстрее. Это одна из главных проблем в усовершенствовании методов регенеративной медицины.
«Мы не являемся изобретателями молекулярных маячков, но использовали их так, как до нас этого еще не делал никто. Применяя их, мы наблюдаем с помощью надежного и безопасного для клеток метода за изменениями в одной популяции в долгоживущей культуре», – рассказывает аспирант Хетал Десаи (Hetal Desai), ведущий автор статьи, опубликованной он-лайн в журнале Tissue Engineering Part A (Live-Cell, Temporal Gene Expression Analysis of Osteogenic Differentiation in Adipose-Derived Stem Cells).
Разработанные Десаи и ее коллегами маячки флуоресцируют, когда связываются с матричными РНК трех конкретных генов полученных из жировой ткани стволовых клеток, которые экспрессируются только тогда, когда эти стволовые клетки начинают дифференцироваться в клетки костной ткани.
На протяжении 21 дня своего развития эти клетки оставались живыми и не флуоресцировали, за исключением популяций, получивших химический стимул к дифференциации в клетки костной ткани. В течение этих трех недель ученые наблюдали за флуоресценцией маячков в этих популяциях, чтобы определить, насколько много стволовых клеток в каждой популяции трансформировались в костные клетки и сроки начала экспрессии отдельных генов.
Первый пик экспрессии гена ALPL в более чем 90 процентах индуцированных стволовых клеток приходился на четвертый день, после чего в 85 процентах клеток на 14 день начинал экспрессироваться ген COL1A1. В последние несколько дней экспериментов в более чем 80 процентах индуцированных стволовых клеток безошибочно наблюдалось резкое усиление экспрессии гена BGLAP.
Светящиеся зеленые пятна в костных клетках MG-63 (каждая синяя точка – ядро) показывают, что флуоресцентная молекула-«маячок» связалась с РНК, синтезируемой при экспрессии специфического для костной ткани гена ALPL. (Фото: Darling Lab/Brown University)
Исследователи отметили, что каждый последующий эпизод экспрессии генов развивался от нуля до пика быстрее. Это позволило им выдвинуть гипотезу о том, что трансформация, или дифференциация, составляющих популяцию стволовых клеток с течением времени может синхронизироваться.
«Если бы мы могли найти способ заставить их вступить на этот путь раньше, дифференциация шла бы быстрее», – говорит руководитель исследования Эрик Дарлинг (Eric Darling), PhD, доцент кафедры биологии BU.
При этом в популяциях стволовых клеток, которые не были простимулированы веществами, направляющими их дифференциацию в сторону клеток костной ткани, флуоресценции маячков или экспрессии этих генов практически не наблюдалось, указывая на то, что маячки действительно являются индикаторами этапов трансформации стволовых клеток в костные.
По словам Десаи, ее группа приложила максимум усилий, чтобы разработать такие маячки, которые никак не изменяют развития и функционирования клеток. В то время как маячки действительно связываются с матричными РНК, синтезируемыми при экспрессии генов, они не требуют добавления каких-либо генов к ДНК стволовых клеток или экспрессии каких-либо специальных белков, чего требуют многие другие флуоресцентные методы.
Чтобы убедиться, что клетки развиваются нормально даже в присутствии маячков, ученые провели ряд экспериментов с их использованием в обычно развивающихся костных клетках.
В то время как одни исследователи занимаются разработкой основанных на РНК зондов для целенаправленного вмешательства в экспрессию генов, перед группой доктора Дарлинга стояли полностью противоположные задачи.
«Существует набор правил для РНК-интерференции, и мы, по существу, делали противоположное тому, что написано в этих правилах», – поясняет Десаи.
Теперь, когда эффективность маячков в определении этапов дифференциации стволовых клеток продемонстрирована, говорит доктор Дарлинг, этот метод может быть использован для изучения процессов в самых разных клетках и при множестве других экспериментальных условий.
В тканевой инженерии, продолжает он, маячки могут помочь экспериментам, в которых ученые пытаются определить, какие условия (химические или другие) являются наиболее эффективными для быстрой дифференциации большинства стволовых клеток в клетки нужной ткани. Они помогут узнать оптимальное время добавления индуцирующих дифференциацию химических веществ, а также выявить и выделить только те клетки, которые трансформируются в нужную ткань.
«Они становятся костными клетками, и если увеличить их количество и избавиться от всех тех, которые не становятся костными клетками, само собой разумеется, что на выходе вы будете иметь лучший продукт», – заключает доктор Дарлинг.
В более широком смысле, добавляет он, молекулярные маячки доказали свою полезность в самых разнообразных исследованиях, касающихся экспрессии генов.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
17.09.2012