19.12.2013

Стволовые клетки прощупывают окружающий ландшафт ресничками

Реснички на мембранах стволовых клеток служат им для управления собственными превращениями. В зависимости от характера поверхности, на которой растут клетки, реснички получаются разной длины, и из-за этого они могут по-разному влиять на сигнальный путь, регулирующий дифференцировку клеток.

Две особенности отличают стволовые клетки от прочих: это неограниченное деление и способность превращаться в специализированные клетки. Как известно, одни стволовые клетки могут становиться чем угодно, другие превращаются в строго определённый набор специализированных типов, однако сама по себе эта трансформация остаётся до сих пор загадкой, которую исследователи пытаются разгадать, и не без успеха.

Понятно, что на дифференцировку стволовых клеток влияет миллион разных факторов, и львиная их доля приходит из внешней среды. Это и контакт клеток друг с другом, и химические сигналы, плавающие вокруг них, и многое другое. В журнале Scientific Reports группа исследователей из Колледжа королевы Марии Лондонского университета (Великобритания) как раз описывает один из таких внешних факторов. Мартин Найт (Martin Knight) и его коллеги обнаружили, что на судьбу стволовых клеток сильнейшим образом влияет характер поверхности, на которой они находятся.

В более ранних работах было показано, что с дифференцировкой клеток тесно связаны особого рода реснички — волосковидные структуры на поверхности клеток. Обычно реснички довольно подвижны, а служат они для того, чтобы обеспечивать движение жидкости, слизи или ещё каких-то субстратов, окружающих клетку. Но среди ресничек есть такие, которые полностью неподвижны, и, хотя было известно, что они могут быть связаны с рецепторной функцией, во многом их роль в клетках оставалась неясной. В частности, исследователей очень интересовало то, как эти неподвижные реснички влияют на характер клеточной дифференцировки.

Для начала было решено проверить, будут ли реснички меняться, если выращивать клетки на разных поверхностях: всё-таки клетки контактируют с поверхностью именно с их помощью. Исследователи заметили, что мезенхимальные стволовые клетки (которые дают клетки кости, хряща и жировой ткани) отращивают себе более длинные реснички, если растут на ребристой, гофрированной поверхности, — в отличие от клеток, культивируемых на простой плоской подложке. Причём длина этих выростов была связана ещё и со структурой актинового цитоскелета: если клетки росли на ребристой поверхности, то такой скелет был у них выражен довольно слабо. Кроме того, удлинить неподвижные реснички можно было, просто блокировав формирование актиновых структур.

Тогда исследователи вспомнили о том, что, согласно некоторым работам, реснички могут отводить из клетки бета-катенин — белок, который взаимодействует с актином, играет большую роль в прикреплении клеток к субстрату и в дифференцировке. Благодаря транспортной системе внутри реснички катенин уходит внутрь неё, и чем длиннее ресничка, тем больше катенина окажется в ней запертым.

Катенин связан с сигнальным путём Wnt, который работает при межклеточном общении и связан с клеточной дифференцировкой. Катенин может проникать в ядро и активировать гены этого сигнального пути, но если его впитает в себя ресничка, то и гены активировать будет некому. Эксперименты эту догадку подтвердили: если стволовые клетки росли на гофрированной поверхности и обладали удлинёнными ресничками, то уровень катенина в ядре падал, и сигнальный путь Wnt становился неактивным; если же у клеток подавляли внутрифлагеллярный транспорт в ресничках, то катенин накапливался в ядре, и сигнальный путь активировался. Причём, как отмечают авторы, даже ничтожнейшие изменения в длине реснички приводили к довольно сильным переменам в молекулярно-сигнальном балансе.

То есть реснички помогают стволовым клеткам прощупать окружающий ландшафт и сделать из этого тот или иной вывод относительно дальнейшей дифференцировки.

Какие именно выводы делают клетки, исследователям ещё предстоит выяснить, однако уже сейчас нет сомнений в том, что эти данные способны помочь там, где требуется просто и эффективно управлять стволовыми клетками, — к примеру, в регенеративной медицине.

Кирилл Стасевич

Источники:

1. compulenta.computerra.ru