Геометрия превращает обычные клетки в стволовые

Физические ограничения заставляют зрелые клетки соединительной ткани впадать в детство

Кирилл Стасевич, «Наука и жизнь»

Стволовые клетки, из которых состоит эмбрион, дают начало всем нашим тканям и органам, а те стволовые клетки, которые сохраняются у взрослого организма, хотя и не обладают «всемогуществом» эмбриональных, все же способны до поры до времени обновлять изнашивающееся тело.

Понятно, почему медики и биологи так активно пытаются выяснить клеточно-стволовые тайны: если бы мы научились управлять такими клетками, то можно было бы по желанию выращивать себе органы взамен заболевших, пресекать в зародыше – в прямом смысле – разные врожденные патологии, наконец, даже замедлять старение.

Самые перспективные в этом смысле именно эмбриональные стволовые клетки, которые не просто могут очень, очень, очень, почти бесконечно долго делиться, но и обладают так называемой плюрипотентностью, то есть из них может получиться клетка абсолютно любого другого типа.

До недавнего времени «всемогущие» стволовые клетки можно было получать только от эмбрионов, и в связи с этим исследователи сталкивались с массой юридических трудностей. Но потом оказалось, что в стволовое состояние можно обращать зрелые, дифференцированные клетки, например, соединительнотканные фибробласты.

Роль фибробластов – синтезировать белки коллаген и эластин, а также другие молекулы, из которых соединительная ткань и состоит. Однако стоит к фибробластам добавить некоторые специальные белки, которые особым образом изменяют активность генов в клетках, как фибробласты в прямом смысле обратятся в детство – они станут бесконечно делиться и их можно будет запрограммировать на превращение, например в мышечные клетки или клетки эпителия кожи. Такие искусственные стволовые клетки называют индуцированными плюрипотентными, и они почти неотличимы от эмбриональных стволовых клеток.

Тем не менее, многие не очень доверяют искусственным стволовым клеткам: с ними легко иметь дело в лаборатории, но есть вероятность, что в живом организме они могут превратиться в злокачественные, и связано это как раз с молекулярным вмешательством в генетическую кухню. Поэтому сейчас разные исследователи ищут способ, как сделать их наиболее безопасными, как научиться превращать зрелые клетки в стволовые так, чтобы по минимуму вторгаться в генетические программы. (Хотя стоит отметить, что многие биологи полагают, будто отличия искусственных стволовых клеток от натуральных совсем невелики.)

Метод, который описывают в журнале PNAS исследователи из Сингапурского национального университета (Roy et al., Laterally confined growth of cells induces nuclear reprogramming in the absence of exogenous biochemical factors), вообще не требует никакого явного перепрограммирования: авторы работы утверждают, что зрелые клетки могут сами превратиться в стволовые, если их особым образом ограничить в пространстве.

Фибробласты сажали на прямоугольную площадку, на которой они делились, росли и сами становились прямоугольными. Но потом их становилось еще больше, и они, налезая друг на друга, постепенно образовывали клеточный шарик. Когда у клеток в таких шариках проверили генетическую активность, то оказалось, что у них отключались гены, которые обычно работают в зрелых фибробластах, и включались гены, которые обычно работают в плюрипотентных стволовых клетках. И потом такие клетки, росшие на прямоугольных площадках, вполне удалось превратить в клетки другого типа (хотя некоторые снова стали фибробластами).

Фибробласты, растущие в прямоугольной клетке, образуют сферическую башню и постепенно приобретают стволовые способности (иллюстрация: National University of Singapore).

Будет ли такой геометрический метод достаточно эффективным, чтобы с его помощью получать безопасные стволовые клетки, покажут дальнейшие исследования (на всякий случай еще раз подчеркнем, что в данном случае все обошлось без добавления к клеткам каких-либо специальных молекулярных регуляторов).

Однако полученные результаты лишний раз говорят о том, что когда мы изучаем поведение клеток, необходимо учитывать не только биохимические сигналы, которые они получают из окружающей среды, но и форму этой самой среды – то есть физические ограничения, в которых клеткам приходится существовать.

По словам авторов работы, механические силы играют большую роль как во время эмбрионального развития, так и, скажем, при заживлении ран: в поврежденном месте клетки оказываются в иной геометрии, что и побуждает их активировать стволовую программу и побыстрее залечить повреждение.

Здесь можно вспомнить, что мы уже как-то писали о роли геометрии в жизни клеток – два года назад в том же PNAS появлялась статья, в которой говорилось, что клетки, когда поглощают частицы из окружающей среды, обращают внимание на форму того, что они едят, предпочитая есть вытянутое и округлое.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru