Одна стволовая клетка спасла облученную планарию от смерти

Причиной живучести ресничных червей планарий оказался мембранный белок TSPAN-1 — если он присутствовал в стволовых клетках планарий Schmidtea mediterranea, они были способны восстанавливать ампутированные части тела и благополучно переносили смертельные дозы облучения. В то же время облученные черви, которым пересаживали клетки, мутантные по TSPAN-1, погибали, пишут американские биологи в Cell.

Schmidtea mediterranea относятся подотряду планарий класса ресничных червей. Планарии известны своими выдающимися способностями к регенерации: они способны восстанавливать поврежденные органы, а будучи разрезаны на кусочки — организм целиком. В организме у планарий есть необласты — стволовые клетки нескольких типов. Среди них есть плюрипотентные стволовые клетки, из которых образуются все остальные клетки. У многих организмов они присутствуют только во время эмбрионального развития, но у планарий плюрипотентные стволовые клетки сохраняются и во взрослом состоянии.

О существовании необластов известно уже более 100 лет и исследователи научились различать их в теле планарий. Одним из специфичных для них биомаркеров является регуляторный белок Piwi-1, который отвечает за дифференциацию стволовых клеток. Однако у планарий есть три типа необластов, и какой из них отвечает за способности червей к регенерации, до сих пор было непонятно. Для того, чтобы распознать отдельный тип клеток, не хватало биомаркера.

Биологам из Медицинского института Говарда Хьюза и Института медицинских исследований Стоверса под руководством Алехандро Санчеса Альварадо (Alejandro Sánchez Alvarado) удалось его найти и определить необласты, ответственные за регенерацию у планарий S.mediterranea. Для этого исследователи культивировали клетки с высоким содержанием белка Piwi-1 и с помощью технологии секвенирования РНК одиночных клеток посмотрели, как различаются профили экспрессии у 7088 необластов. Они выделили 12 перспективных для дальнейшего изучения типов клеток. Один из них, Nb2, вырабатывал мембранный белок TSPAN-1, похожий на тетроспанины. Это белки, которые встречаются у растений, животных и некоторых грибов, и которые играют роль, в том числе, в делении клеток.

Авторы статьи выяснили, что необласты Nb2 встречаются в разных частях тела планарий, при этом в обычных условиях белка TSPAN-1 в клетках немного, но его количество увеличивается вскоре после ампутации какой-то части червя. Также исследователи проверили, действительно ли клетки Nb2 — плюрипотентные и могут восстанавливать другие клетки организма. С помощью специфичных к белку антител они получили единичные необласты Nb2 и сконструировали клетки, которые не вырабатывали белок TSPAN-1. Затем исследователи облучили 500 планарий смертельной дозой радиации мощностью 60 грей (для сравнения, смертельная доза для человека — 15 грей). 224 червям они пересадили единичные необласты Nb2, вырабатывающие белок TSPAN-1, а 194 животным — клетки Nb2 с отсутствующим белком. 82 планарии были контрольной группой, им не пересаживали ничего. В результате 52 облученные планарии (23 процента животных), которым пересадили полноценные необласты, выжили в течение полугода, а все животные, кому достались мутантные клетки и контрольная группа — погибли.

Ранее ученые исследовали поведение и метаболизм планарий в космосе, и обнаружили особь, которая отрастила в условиях микрогравитации вторую голову.