Американские молекулярные биологи научились управлять развитием эмбриональных стволовых клеток при помощи импульсов света, заставляя их превращаться в нейроны или другие типы «взрослых» клеток в нужный момент времени. Их выводы были опубликованы в журнале Cell Systems, и о них кратко рассказывает сайт университета Калифорнии в Сан-Франциско.
Помимо этого, Мэттью Томпсон (Matthew Tompson) из университета Калифорнии и его коллеги раскрыли еще одну любопытную особенность из жизни и работы стволовых клеток — оказалось, что они оборудованы своеобразным «таймером» и системой фильтрации сигналов, которые защищают их от произвольного превращения в заготовки взрослых тканей из-за сигнальных молекул, случайно попавших в их окрестности.
Данное открытие одновременно разрешает загадку того, почему стволовые клетки остаются стабильными во время развития эмбриона, несмотря на «несанкционированные» спорадические включения генов роста, и может помочь ученым научиться лучше управлять превращением их культур в органы и ткани.
Группа Томпсона раскрыла все это, экспериментируя с эмбриональными стволовыми клетками, извлеченными из зародышей мышей, чей геном был модифицирован таким образом, что один из генов роста в них можно было включить при помощи импульсов лазера синего цвета. Данный ген — BRN2 – содержит в себе генетические «инструкции», включающие программу превращения стволовых клеток в нейроны и нервную ткань.
Экспериментируя с культурами этих клеток, ученые заметили нечто крайне необычное. К их удивлению, клетки реагировали на импульсы света далеко не сразу, а через некоторое время. Длина этой задержки зависела от силы и продолжительности облучения — если клетки «подсвечивались» недостаточно долго или сильно, то тогда они вообще не реагировали на команды ученых.
Томпсон и его команда раскрыли работу этого клеточного «секундомера», используя набирающую популярность систему редактирования генома — CRISPR/Cas9. С ее помощью исследователи пометили ген NANOG, главный «тормоз» превращения стволовых клеток в другие ткани. К последовательности NANOG присоединили участок ДНК, кодирующий флюоресцентный белок-метку. Это позволило ученым с помощью микроскопа следить за тем, как стволовая клетка принимает решение — превращаться или не превращаться в зрелую клетку, и где в этот момент преимущественно находится «секундомер».
Как оказалось, nanog действительно работает «таймером» — при облучении клетки светом его концентрация начинает падать, пока она не достигает критической отметки, когда запускаются механизмы дифференциации и стволовая клетка начинает свое превращение в заданный зрелый тип клеток. Если же облучение прекращается, то число молекул белка быстро растет до прежних уровней, и программа превращения в нейроны не запускается.
Томпсон надеется, что открытие этой системы и «подключение» оптической сигнальной системы к стволовым клеткам поможет реализовать его мечту — выращивание трехмерных органов из «супа» стволовых клеток. Для этого потребуется научить стволовые клетки распознавать лучи света разных цветов, каждому из которых будет соответствовать программа на превращение в отдельный тип ткани.