Биологи выделили клетку, из которой можно восстановить всё тело
Способность планарий восстанавливаться после самых серьёзных травм давно интриговала биологов. Более века назад было установлено, что регенерация происходит за счёт размножения особой разновидности клеток. Учёными также были определены некоторые признаки таких клеток. И "кирпичики организма", подходящие под эти признаки, были названы необластами.
Однако эксперименты показывали, что не всякий необласт годится для регенерации. Возможно, заключили исследователи, они делятся на какие-то типы, из которых только один способен помочь в восстановлении организма. Такие спасительные клетки можно условно назвать истинными необластами.
Когда были открыты плюрипотентные стволовые клетки, стало ясно, что именно они и скрываются среди необластов. Напомним, что плюрипотентность – это способность стволовой клетки превратиться в "ячейку" любой ткани и органа.
Но до самого недавнего времени учёным не хватало инструментов, чтобы найти тот самый "животворный" тип клеток, выделить отдельную его представительницу и детально изучить её в живом состоянии.
"Нам, возможно, придётся пересаживать более ста отдельных клеток такому же количеству червей, чтобы найти ту, которая действительно плюрипотентна и способна восстановить организм, – объясняет Альварадо в пресс-релизе исследования. – Это очень большой объём работы, просто чтобы найти одну клетку, которая отвечает функциональному определению истинного необласта. И если мы хотим определить её молекулярно, идентифицируя гены, которые экспрессируются в клетке, мы должны уничтожить клетку для обработки. Не существовало никакого способа сделать это и сохранить клетку живой, чтобы следить за ней во время регенерации".
Поясним, что под клеткой, соответствующей "функциональному определению истинного необласта", учёный понимает ту, которая выполняет функцию необласта, то есть служит строительным материалом для восстановления утраченных органов и тканей.
Авторы решили эту проблему, опираясь на геномику, анализ одиночных клеток (single-cell analysis), проточную цитометрию и методы визуализации.
Для начала учёные отобрали клетки, вырабатывающие белок piwi-1 — давно известный маркер стволовых клеток. Изучая их, они заметили, что "отобранные претенденты" делятся на два класса. Представители первого вырабатывали много piwi-1, а клетки второй разновидности – мало. Изучив ДНК тех и других, биологи пришли к выводу, что только в первой группе могут оказаться истинные необласты.
"Такой одновременный количественный анализ экспрессии генов и уровней белка никогда не делался раньше для планарий. <….> Многие исследователи предполагали, что все клетки, вырабатывающие piwi-1, являются истинными необластами, и не важно, сколько маркера они выделяют. Мы показали, что это имеет значение", – рассказывает Альварадо.
Затем исследователи отобрали около 8000 таких клеток и секвенировали их РНК. Оказалось, что "пиви-высокие" стволовые клетки делятся ещё на 12 разновидностей.
Подробно изучив их ДНК, биологи отбросили всех претендентов, гены которых указывали на уже сформировавшуюся специализацию. Какие-то из этих клеток уже были готовы стать частью кожи, другие – составляющими мышц, и так далее. В итоге осталось лишь две разновидности, которые претендовали на плюрипотентность. Авторы обозначили их Nb1 и Nb2.
На руку учёным сыграло то обстоятельство, что клетки типа Nb2 (но не Nb1) вырабатывали белок TSPAN-1. Он относится к так называемым тетраспанинам. Это семейство белков очень древнее: молекулы этого типа встречаются в клетках животных, растений и грибов, то есть соответствующие гены, видимо, были ещё у общего предка всех этих групп. Функции этих белков изучены недостаточно. Однако в данном случае важным оказалось то, то тетраспанины расположены на мембране клетки.
Учёные создали антитела, реагирующие на TSPAN-1. По этому белку они опознавали клетки типа Nb2 и, вцепившись в нужную молекулу, приносили их исследователям, что называется, на блюдечке.
Однако действительно ли клетка типа Nb2 – тот самый "эликсир жизни"? Чтобы проверить это, авторы облучали планарий смертельной дозой радиации и пересаживали каждому животному всего одну спасительную клетку. Оказалось, что такая трансплантация спасает, казалось бы, уже обречённого червя. "Потомки" всего одной стволовой клетки заменяли ему все погибшие "кирпичики" тканей и органов.
"Это первый случай, когда взрослая плюрипотентная стволовая клетка была изолирована [живой], – говорит Альварадо. – Наша находка, по сути, говорит, что это уже не абстракция, что действительно есть клеточная сущность, которая может восстановить регенеративные способности у животных, которые их утратили, и что такая сущность теперь может быть выделена в живом виде и детально изучена".
Важно, что все молекулы, использованные как маркеры "животворящих" клеток, вырабатываются и в организме человека. Поэтому учёные надеются, что в человеческом теле дремлют древние генетические механизмы регенерации, которые можно активировать и использовать.
Напомним, что ранее в поисках секретов "неуязвимости" биологи составили атлас работы генов во всём организме планарий.
К слову, "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) много писали об экспериментах со стволовыми клетками. Например, мы рассказывали о том, как из них напрямую собрали "эмбрион" и вырастили зрелую сердечную ткань.