Как стволовые клетки выбирают направление для роста

Клетки должны чутко прислушиваться к своему окружению, чтобы знать, где что происходит и что в ответ на это предпринимать. Причём, как легко понять, знать, «где» это происходит, не менее важно, чем знать, «что». То есть клетка должна как-то различать, грубо говоря, «стороны света», понимать, в какую сторону направить собственный ответ. Возьмём, к примеру, стволовые клетки: когда они делятся, формируя ткань, то делают это в определённом направлении, чтобы ткань сложилась в нужной плоскости и орган получил требуемую форму.

Когда стволовые клетки растут в лабораторных условиях, сигналы к росту поступают к ним со всех сторон, поэтому и культура равномерно расползается по всей плоскости. Но в организме при делении приходится решать, какая из дочерних клеток останется стволовой, а какая встанет на путь специализации. Как показали опыты исследователей из лаборатории Роэля Нуссе из Медицинской школы Стэнфордского университета (США), принять решение клеткам помогает белок Wnt3a. Про этот белок известно, что он играет ключевую роль во время эмбрионального развития и в поддержании роста стволовых клеток. То есть он работает против дифференцировки, заставляя клетки оставаться неспециализированными и делиться дальше.

Пара эмбриональных стволовых клеток человека после деления (фото David Scharf).

Учёные ставили следующий опыт: молекулы Wnt3a прикреплялись к маленьким пластиковым шарикам, к которым также добавлялись эмбриональные стволовые клетки. Предполагалось, что этот белок сообщает клеткам некий сигнал к делению. Шарик, к которому был пришит Wnt3a, позволял этот сигнал локализовать — определить, с какой стороны клетка связалась с белком.

Эффект от такого локализованного сигнала удалось заметить: как пишут исследователи в журнале Science, в 75% случаев клетка начинала делиться в определённом направлении, причём плоскость деления была перпендикулярна оси, проходящей через рецептор со связавшимся с ним Wnt3a. При этом после деления та дочерняя клетка, которая оказывалась ближе к исходному сигналу (белку на шарике), сохраняла стволовые свойства, то есть продолжала делиться, тогда как другая (та, что была дальше) оказывалась «менее стволовой» и начинала синтезировать белки дифференцировки. Реакция была специфичной по отношению к Wnt3a: если к шарикам цепляли какой-то другой белок, упорядоченное деление происходило только в 12% случаев.

То есть белок Wnt3a объединял два процесса — деления и дифференцировки. Это согласуется с более ранними наблюдениями, показавшими, что недостаток Wnt3a замедляет рост стволовых клеток, после чего они начинают специализироваться. Не исключено, что этот механизм имеет отношение и к онкологическим болезням: возможно, раковые клетки начинают активно делиться во всех направлениях из-за того, что у них «залипает» этот самый Wnt3a-сигнал.

Подготовлено по материалам Медицинской школы Стэнфордского университета.